JPH0320817Y2 - - Google Patents

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JPH0320817Y2
JPH0320817Y2 JP11748186U JP11748186U JPH0320817Y2 JP H0320817 Y2 JPH0320817 Y2 JP H0320817Y2 JP 11748186 U JP11748186 U JP 11748186U JP 11748186 U JP11748186 U JP 11748186U JP H0320817 Y2 JPH0320817 Y2 JP H0320817Y2
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transducer
ultrasonic propagation
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piezoelectric element
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、マルチビーム光変調素子に係り、特
に、作動時における超音波伝播媒体中の温度勾配
を少なくしたマルチビーム光変調素子に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a multi-beam optical modulation device, and particularly to a multi-beam optical modulation device that reduces the temperature gradient in an ultrasound propagation medium during operation.

[従来の技術] 音波による光の散乱現象がレーザビームを変調
するための有用な手段であることは既に知られて
おり、このような現象を利用した音響光学素子の
1つとしてマルチビーム光変調素子がある。
[Prior Art] It is already known that the phenomenon of light scattering caused by sound waves is a useful means for modulating laser beams, and multi-beam optical modulation is one of the acousto-optic devices that utilizes this phenomenon. There is an element.

このようなマルチビーム光変調素子は、第5図
および第6図に示すように、通常、ガラス等で形
成された超音波伝播媒体101と、その一側面に
取付けられたトランスデユーサ102とで構成さ
れている。
As shown in FIGS. 5 and 6, such a multi-beam optical modulation element usually includes an ultrasonic propagation medium 101 made of glass or the like and a transducer 102 attached to one side of the ultrasonic propagation medium 101. It is configured.

この場合におけるトランスデユーサ102は、
超音波伝播媒体101の側に配設される下側電極
105と、この下側電極105上に配設される圧
電素子103と、この圧電素子103の上面に一
定間隔をおいて配設される複数個の上側電極10
4とにより三層構造となつて形成されている。
The transducer 102 in this case is
A lower electrode 105 disposed on the side of the ultrasonic propagation medium 101, a piezoelectric element 103 disposed on the lower electrode 105, and a piezoelectric element 103 disposed at a constant interval on the upper surface of the piezoelectric element 103. Multiple upper electrodes 10
4 to form a three-layer structure.

そして、各上側電極104と下側電極105と
の間に電気信号が印加されることにより、各別に
圧電素子103が励振され、超音波伝播媒体10
1中を超音波が各別に伝播することになる。
Then, by applying an electric signal between each upper electrode 104 and lower electrode 105, the piezoelectric element 103 is excited separately, and the ultrasonic propagation medium 10
The ultrasonic waves propagate through each part separately.

この時、超音波伝播媒体101中はあたかも回
折格子が形成されたような状態となり、このよう
な超音波伝播媒体101中を透過する各別のレー
ザビームはその入射ビーム106が偏向され、回
折光としての出射ビーム107が得られるように
なつている。
At this time, the inside of the ultrasonic propagation medium 101 is in a state as if a diffraction grating is formed, and the incident beam 106 of each laser beam transmitted through the ultrasonic propagation medium 101 is deflected, and the diffracted light is The output beam 107 can be obtained as follows.

この場合、圧電素子103上に設けられる複数
個の上側電極104は、第5図に示すようにいず
れも同一面積である長方形形状を呈し、あるいは
超音波ビームの拡散を小さくするため、楕円形も
しくは菱形の形状を呈するものを等間隔に配列す
ることで形成されていた。
In this case, the plurality of upper electrodes 104 provided on the piezoelectric element 103 have a rectangular shape with the same area as shown in FIG. 5, or an elliptical or It was formed by arranging diamond-shaped objects at equal intervals.

[考案が解決しようとする問題点] ところで、上記のようにして構成されているマ
ルチビーム光変調素子は、その作動中における超
音波の振動エネルギーが超音波伝播媒体101自
体の有する粘性、あるいはトランスデユーサ10
2と超音波伝播媒体101との境界面で生ずる摩
擦などにより変換ロスが生じて発熱し、超音波伝
播媒体101を加熱して発熱させるに至る。ま
た、通電中の上側電極104は、その有する抵抗
値により発熱し、超音波伝播媒体101を加熱す
る。
[Problems to be solved by the invention] By the way, in the multi-beam optical modulation element configured as described above, the vibration energy of the ultrasonic wave during its operation is affected by the viscosity of the ultrasonic propagation medium 101 itself or the transducer. Ducer 10
2 and the ultrasonic propagation medium 101 causes conversion loss and heat generation, which heats the ultrasonic propagation medium 101 and generates heat. Further, the upper electrode 104 that is energized generates heat due to its resistance value, and heats the ultrasonic propagation medium 101 .

その場合、超音波伝播媒体101は、最も放熱
性の悪い部位である中央部に熱がこもつて最も高
温となり、外側方向に行くに従つて放熱性が良化
し温度が降下することになる。このため、超音波
伝播媒体101中には、第7図に示すような温度
勾配が生ずることになる。
In this case, the ultrasonic propagation medium 101 traps heat in the center, which is the part with the worst heat dissipation, and becomes the highest temperature, and as it goes outward, the heat dissipation improves and the temperature decreases. Therefore, a temperature gradient as shown in FIG. 7 occurs in the ultrasonic propagation medium 101.

このような温度勾配は、本来、一定であるべき
超音波伝播媒体101自体の屈折率に変動分布を
生じさせてレンズのような効果を付与するに至
り、各出射ビーム107を第8図のように中央部
方向へと集光させたり、あるいは拡散させたりす
るなどして各出射ビーム107相互間の平行度を
保持し難くするという不都合があつた。
Such a temperature gradient causes a fluctuation distribution in the refractive index of the ultrasonic propagation medium 101 itself, which should originally be constant, and gives a lens-like effect, causing each emitted beam 107 to be distorted as shown in FIG. There was an inconvenience that it became difficult to maintain parallelism between the output beams 107 by condensing the beams toward the center or diffusing them.

本考案の目的は、各レーザビームの透過方向と
直交する方向における超音波伝播媒体中の温度勾
配をできるだけ少なくしたマルチビーム光変調素
子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a multi-beam optical modulation element in which the temperature gradient in the ultrasonic propagation medium in the direction orthogonal to the transmission direction of each laser beam is minimized.

[問題点を解決するための手段] このような目的を達成するため、本考案は次の
ようにして構成した。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention was constructed as follows.

すなわち、本考案は、超音波伝播媒体とトラン
スデユーサとを備えてなるマルチビーム光変調素
子にあつて、トランスデユーサは、圧電素子と、
この圧電素子を上下両側から挟持するようにして
配設された上側電極と下側電極とで形成するとと
もに、前記上側電極は、各レーザビームの透過部
位に対応させて個別に設け、かつ、外側に位置す
るものほどトランスデユーサの発熱量が大きくな
るように変形させて形成したことに構成上の特徴
がある。
That is, the present invention provides a multi-beam optical modulation device comprising an ultrasonic propagation medium and a transducer, the transducer comprising a piezoelectric element and
This piezoelectric element is formed by an upper electrode and a lower electrode that are arranged to sandwich the piezoelectric element from both the upper and lower sides, and the upper electrode is separately provided corresponding to the transmitting part of each laser beam, and The structural feature is that the transducer is deformed and formed so that the amount of heat generated by the transducer increases as the transducer is located.

[作用] このため、本考案のマルチビームの光変調素子
においては、レーザビームの透過方向に対し、直
交する方向での超音波伝播媒体の左右両外側に行
くに従いその面積を広くし、あるいは厚みを薄く
して変形することで形成した上側電極を配置した
ことにより、中央部に比較して放熱しやすい外側
方向の部位をより強く加熱することができ、結果
として、各レーザビームの透過方向と直交する方
向での超音波伝播媒体内の温度勾配を少なくし、
平坦化することができる。
[Function] For this reason, in the multi-beam optical modulation element of the present invention, the area increases toward the left and right sides of the ultrasonic propagation medium in the direction orthogonal to the laser beam transmission direction, or the thickness increases. By arranging the upper electrode, which is formed by thinning and deforming the Reduces temperature gradients within the ultrasound propagation medium in orthogonal directions,
It can be flattened.

したがつて、超音波伝播媒体中の屈折率を一定
で均一なものとすることができ、各レーザビーム
を平行度の高い出射ビームとして出射することが
できる。
Therefore, the refractive index in the ultrasonic propagation medium can be made constant and uniform, and each laser beam can be emitted as a highly parallel output beam.

[実施例] 以下、図面を基づいて本考案の実施例を説明す
る。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings.

第1図は本考案の一実施例を示す斜視図であ
る。図において、PbMoO4等を用いて形成される
超音波伝播媒体1には、その一側を介してトラン
スデユーサ2が配設されている。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention. In the figure, a transducer 2 is disposed on one side of an ultrasonic propagation medium 1 made of PbMoO 4 or the like.

このトランスデユーサ2は、結晶構造が36゜回
転Y板であるLiNbO3などからなる圧電素子3
と、Au等の導電性部材を用いて形成され、圧電
素子3を上下両側方向から挟持する、上側電極4
と下側電極5とで構成されている。
This transducer 2 consists of a piezoelectric element 3 made of LiNbO 3 or the like whose crystal structure is a 36° rotated Y plate.
and an upper electrode 4 which is formed using a conductive material such as Au and which holds the piezoelectric element 3 from both upper and lower sides.
and a lower electrode 5.

このうち、上側電極4については、圧電素子3
上に一定間隔をおいて複数個配列されるものであ
り、各上側電極4は、中央部から両側方向へと行
くに従いトランスデユーサ2の発熱量が大きくな
るように変形させて形成されている。
Of these, for the upper electrode 4, the piezoelectric element 3
A plurality of upper electrodes 4 are arranged at regular intervals on the top, and each upper electrode 4 is deformed so that the amount of heat generated by the transducer 2 increases as it goes from the center toward both sides. .

すなわち、第1図および第2図に示すように、
各上側電極4は、その中央部に位置するものが最
小の面積となるようにして形成し、以後は左右対
称となるようにしながら面積を大きく形成したも
のが所定間隔で順次配設されている。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2,
Each of the upper electrodes 4 is formed so that the one located in the center has the smallest area, and thereafter the upper electrodes 4 are formed with a larger area while being symmetrical, and are successively arranged at predetermined intervals. .

また、第3図に示すように、各上側電極4はそ
の幅と長さとを同一とし、その厚さを中央部に位
置させたものを最も厚く形成し、以後左右対称と
なるようにしながら肉厚を薄く形成したものを順
次、所定間隔で配設するものであつてもよい。
In addition, as shown in FIG. 3, each upper electrode 4 has the same width and length, and the one located in the center is the thickest. It is also possible to arrange thinner parts one after another at predetermined intervals.

本考案に係るマルチビーム光変調素子はこのよ
うにして構成されているので、超音波伝播媒体1
は、レーザビームの透過方向に対し直交する方向
での左右両側部が最も高い温度で加熱されること
になる。
Since the multi-beam optical modulator according to the present invention is configured in this way, the ultrasonic propagation medium 1
In this case, the left and right sides in the direction perpendicular to the laser beam transmission direction are heated to the highest temperature.

すなわち、最外側に位置する一対の上側電極4
は、他の上側電極4に比較してその面積が最大と
なるように、もしくは面積は同じであつてもその
厚さが最小となるようにして形成されているた
め、トランスデユーサ2の発熱量も多く、この部
位に位置する超音波伝播媒体1は最も強く加熱さ
れるに至る。
That is, a pair of upper electrodes 4 located at the outermost side
is formed so that its area is maximized compared to the other upper electrodes 4, or even if the area is the same, its thickness is minimized, so that the heat generation of the transducer 2 is The amount is also large, and the ultrasonic propagation medium 1 located in this area is heated most intensely.

トランスデユーサ2は、このようにして中央部
に位置する上側電極4方向へと、順次、その発熱
量が少なくなつていくため、超音波伝播媒体1等
に対する加熱の程度もそれだけ低いものとなつて
いく。
In this way, the amount of heat generated by the transducer 2 gradually decreases in the direction of the upper electrode 4 located in the center, so that the degree of heating of the ultrasonic propagation medium 1 etc. also decreases accordingly. To go.

したがつて、超音波伝播媒体1における各部位
の放熱量と加熱量とを比例させることができ、第
4図に示すように、超音波伝播媒体1中の温度勾
配を少なくすることでその平坦化を図ることがで
きる。
Therefore, the amount of heat dissipated from each part of the ultrasonic propagation medium 1 can be made proportional to the amount of heating, and as shown in FIG. 4, by reducing the temperature gradient in the ultrasonic propagation medium 1, its flattening It is possible to aim for

このため、入射ビーム6が超音波伝播媒体1中
で生ずることがあつたレンズによる屈折のような
現象の発生を少なくすることで、各出射ビーム7
相互間の間隔が広がつたり、狭くなつたりすると
いう不都合を抑制することができ、各出射ビーム
7に高い平行度を維持させながら偏向、変調する
ことができる。
Therefore, by reducing the occurrence of phenomena such as refraction of the incident beam 6 in the ultrasonic propagation medium 1 due to lenses, each output beam 7 is
It is possible to suppress the inconvenience that the distance between the beams is widened or narrowed, and it is possible to deflect and modulate each output beam 7 while maintaining a high degree of parallelism.

なお、本考案の効果を確認すべく次の要領で実
験を行なつた。
In order to confirm the effectiveness of the present invention, an experiment was conducted in the following manner.

すなわち、PbMoO4を用いて15mm(縦)×15mm
(横)×8mm(高さ)の超音波伝播媒体を形成し、
電極にはAuを、圧電素子には、36°回転Y板の
LiNbO3を用いてそれぞれ形成するとともに、圧
電素子と下側電極とはInを介在させて接合固着す
ることで形成した。
i.e. 15mm (vertical) x 15mm using PbMoO4
Form an ultrasonic propagation medium of (width) x 8 mm (height),
Au is used for the electrode, and a 36° rotated Y plate is used for the piezoelectric element.
Each was formed using LiNbO 3 , and the piezoelectric element and the lower electrode were bonded and fixed with In interposed therebetween.

上側電極は、計5列にわたり配設されており、
その規格は次のとおりである。
The upper electrodes are arranged in a total of 5 rows,
The standards are as follows.

幅 × 長さ(厚さは一
定) 中心列 1 × 15(mm) 1本 その両外側列 1.3 × 15(mm)2本 最外側列 1.6 × 15(mm)2本 なお、上記の上側電極については、幅を1mmと
し、長さを15mmとし、上記の中心列のものにつ
いてはその厚さを2〜3μm、の両外側列のもの
についてはその厚さを5000Å、の最外側列のも
のについてはその厚さを1000Åとすることで形成
したものを用いてもよい。
Width × length (thickness is constant) Center row 1 × 15 (mm) 1 piece Both outer rows 1.3 × 15 (mm) 2 outermost row 1.6 × 15 (mm) 2 pieces Regarding the above upper electrode The width is 1 mm, the length is 15 mm, the thickness of the center row is 2 to 3 μm, and the thickness of the outermost row is 5000 Å. may be formed with a thickness of 1000 Å.

かくして、各チヤンネルを0.5Wの電力で駆動
させながらレーザビームを透過させたところ、従
来技術によるときは各出射ビームの広がり角が
0.5mradであつたのに対し、本考案のそれは
0.1mrad前後となるに過ぎず、本考案によるとき
は、温度勾配を小さくして屈折率を均一化するこ
とで平行度の高い出射ビームが得られることを確
認することができた。
In this way, when each channel was driven with a power of 0.5W and the laser beam was transmitted, the divergence angle of each output beam was
While it was 0.5 mrad, that of the present invention was
It was only around 0.1 mrad, and it was confirmed that when using the present invention, an output beam with high parallelism could be obtained by reducing the temperature gradient and making the refractive index uniform.

[考案の効果] 以上述べたように本考案によれば、トランスデ
ユーサを構成している各上側電極の形状を変化さ
せてあるので、超音波伝播媒体における各部位の
放熱量に比例させて加熱することで温度勾配を平
坦化することができる。
[Effects of the invention] As described above, according to the invention, since the shape of each upper electrode constituting the transducer is changed, the amount of heat dissipated from each part of the ultrasonic propagation medium is Heating can flatten the temperature gradient.

したがつて、超音波伝播媒体中の屈折率も均一
化することができ、各出射ビーム相互の間隔が一
定せず次第に狭くなり、あるいは広くなるといつ
た不都合を解消することができ、精度の高いマル
チビーム光変調素子を提供することができる。
Therefore, it is possible to make the refractive index in the ultrasonic propagation medium uniform, and it is possible to eliminate the disadvantage that the intervals between the emitted beams are not constant and become gradually narrower or wider. A multi-beam light modulator can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の一実施例を示す全体斜視図、
第2図は第1図の一部省略正面図、第3図は他の
実施例の一部省略正面図、第4図は本考案の作動
時における超音波伝播媒体中の温度分布状況を示
すグラフ図、第5図は従来例を示す全体斜視図、
第6図は第5図の一部省略正面図、第7図は従来
例の作動時における超音波伝播媒体中の温度分布
状況を示すグラフ図、第8図は従来例における各
出射ビームの位置関係を示す平面図である。 1……超音波伝播媒体、2……トランスデユー
サ、3……圧電素子、4……上側電極、5……下
側電極、6……入射ビーム、7……出射ビーム。
FIG. 1 is an overall perspective view showing an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a partially omitted front view of Fig. 1, Fig. 3 is a partially omitted front view of another embodiment, and Fig. 4 shows the temperature distribution in the ultrasonic propagation medium during operation of the present invention. Graph diagram, FIG. 5 is an overall perspective view showing a conventional example,
Fig. 6 is a partially omitted front view of Fig. 5, Fig. 7 is a graph showing the temperature distribution in the ultrasonic propagation medium during operation of the conventional example, and Fig. 8 is the position of each output beam in the conventional example. FIG. 3 is a plan view showing the relationship. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ultrasonic propagation medium, 2... Transducer, 3... Piezoelectric element, 4... Upper electrode, 5... Lower electrode, 6... Incident beam, 7... Outgoing beam.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 1 超音波伝播媒体とトランスデユーサとを備え
てなるマルチビーム光変調素子において、トラ
ンスデユーサは、圧電素子と、この圧電素子を
上下両側から挟持するようにして配設された上
側電極と下側電極とで形成するとともに、前記
上側電極は、各レーザビームの透過部位に対応
させて個別に設け、かつ、外側に位置するもの
ほどトランスデユーサの発熱量が大きくなるよ
うに変形させて形成したことを特徴とするマル
チビーム光変調素子。 2 上側電極は、外側に位置するものほど面積が
広い実用新案登録請求の範囲第1項記載のマル
チビーム光変調素子。 3 上側電極は、外側に位置するものほど厚さが
薄い実用新案登録請求の範囲第1項記載のマル
チビーム光変調素子。
[Claims for Utility Model Registration] 1. In a multi-beam optical modulation device comprising an ultrasonic propagation medium and a transducer, the transducer includes a piezoelectric element and a structure in which the piezoelectric element is sandwiched from both upper and lower sides. The transducer is formed of an upper electrode and a lower electrode, and the upper electrode is individually provided corresponding to the transmission area of each laser beam, and the transducer's heat generation amount increases as the upper electrode is located on the outer side. A multi-beam light modulation element characterized in that it is formed by deforming it so that it becomes larger. 2. The multi-beam light modulation element according to claim 1, wherein the upper electrode has a larger area as it is located on the outer side. 3. The multi-beam light modulator according to claim 1, wherein the upper electrodes are thinner as they are located on the outer side.
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