JPH0473129B2 - - Google Patents
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- JPH0473129B2 JPH0473129B2 JP57198688A JP19868882A JPH0473129B2 JP H0473129 B2 JPH0473129 B2 JP H0473129B2 JP 57198688 A JP57198688 A JP 57198688A JP 19868882 A JP19868882 A JP 19868882A JP H0473129 B2 JPH0473129 B2 JP H0473129B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/315—Digital deflection, i.e. optical switching based on the use of controlled internal reflection
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on thermo-optic effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は光をオン・オフするための光バルブ、
を与える。特にレーザー光線あるいは白色光線を
オン・オフする高速光バルブの基本構成に関する
ものである。
を与える。特にレーザー光線あるいは白色光線を
オン・オフする高速光バルブの基本構成に関する
ものである。
従来例の構成と問題点
従来の光バルブは、例えば回転チヨツパや回転
鏡などの機械的バルブでは、そのスイツチ速度は
たかだか数10KHzが限度であるが、例えば高品位
の画像処理に用いようとすると、スイツチ速度と
して数10MHzが必要とされ、従来の機械的バルブ
はこの種の用途には実用性に欠く。
鏡などの機械的バルブでは、そのスイツチ速度は
たかだか数10KHzが限度であるが、例えば高品位
の画像処理に用いようとすると、スイツチ速度と
して数10MHzが必要とされ、従来の機械的バルブ
はこの種の用途には実用性に欠く。
発明の目的
本発明はこのような従来の問題に鑑み、電気的
に光をスイツチする新規な高速光バルブを提供す
ることを目的とする。
に光をスイツチする新規な高速光バルブを提供す
ることを目的とする。
発明の構成
第１図に本発明の光バルブの基本構成を示す。
同図において、本発明の光バルブ１０は、光の入
力面１１と光の出力画１２を有する透明なプリズ
ム１３と、上記プリズム１３の底面１４に反射制
御層１５を設けたことを特徴としている。この場
合、上記プリズム１３の光屈折率を反射制御層１
５より大きくする。光線１６を上記光の入力面１
１より上記プリズムの底面中央０点にむけて入射
角θで入射させると、上記入射角が上記プリズム
１３と上記反射制御層１５で決まる全反射臨界角
より大きい範囲では、上記光線１６は、底面中央
０点で全反射し、光の出力面１２から光線１６１
として放射される。つまり、入射角を上記臨界角
よりわずかに小さくしておくと、全反射条件が満
たされなくなり、光線１６は底面中央０点を通過
し、光線１６２としてプリズム底面から放出され
る。ここで、上記反射制御層１５の光の屈折率を
例えば外部からの電気信号で減少させると、上記
全反射条件を満たすこととなり、光線１６１とし
て放出される。すなわち、入力光線１６は、電気
信号により、光線１６１あるいは１６２にスイツ
チされることを意味し、これは第１図１０の本発
明の構成が、光バルブとして動作し得ることを示
す。
同図において、本発明の光バルブ１０は、光の入
力面１１と光の出力画１２を有する透明なプリズ
ム１３と、上記プリズム１３の底面１４に反射制
御層１５を設けたことを特徴としている。この場
合、上記プリズム１３の光屈折率を反射制御層１
５より大きくする。光線１６を上記光の入力面１
１より上記プリズムの底面中央０点にむけて入射
角θで入射させると、上記入射角が上記プリズム
１３と上記反射制御層１５で決まる全反射臨界角
より大きい範囲では、上記光線１６は、底面中央
０点で全反射し、光の出力面１２から光線１６１
として放射される。つまり、入射角を上記臨界角
よりわずかに小さくしておくと、全反射条件が満
たされなくなり、光線１６は底面中央０点を通過
し、光線１６２としてプリズム底面から放出され
る。ここで、上記反射制御層１５の光の屈折率を
例えば外部からの電気信号で減少させると、上記
全反射条件を満たすこととなり、光線１６１とし
て放出される。すなわち、入力光線１６は、電気
信号により、光線１６１あるいは１６２にスイツ
チされることを意味し、これは第１図１０の本発
明の構成が、光バルブとして動作し得ることを示
す。
発明者らは、上記反射制御層１５を、膜厚が光
線１６の波長以上の薄膜電気光学材料、例えば、
LiNbO3，LiTaO3，PLZT〔（Pb，La）（Zr，Ti）
O3〕，PBZT〔（Pb，Ba）（Zr，Ti）O3〕，PSZT
〔Pb（Sn，Zr，Ti）O3〕，KTN〔Ｋ（Ta，Nb）
O3〕，SBN〔（Sr，Ba）Nb2O6〕などのABO3型構
造のスパツタ蒸着薄膜で構成し、上記反射制御層
１５の０点周囲に電気信号として電界を加える
と、０点周囲の屈折率が減少し、上述した光バル
ブとしての動作をすることを確認した。この電界
は、例えば、反射制御層１５の表面１７に一対の
平行電極を０点をはさんで設け、この電極間に電
圧を加えて印加する。
線１６の波長以上の薄膜電気光学材料、例えば、
LiNbO3，LiTaO3，PLZT〔（Pb，La）（Zr，Ti）
O3〕，PBZT〔（Pb，Ba）（Zr，Ti）O3〕，PSZT
〔Pb（Sn，Zr，Ti）O3〕，KTN〔Ｋ（Ta，Nb）
O3〕，SBN〔（Sr，Ba）Nb2O6〕などのABO3型構
造のスパツタ蒸着薄膜で構成し、上記反射制御層
１５の０点周囲に電気信号として電界を加える
と、０点周囲の屈折率が減少し、上述した光バル
ブとしての動作をすることを確認した。この電界
は、例えば、反射制御層１５の表面１７に一対の
平行電極を０点をはさんで設け、この電極間に電
圧を加えて印加する。
発明者らは、上記反射制御層を膜厚が光線１６
の波長以上の薄膜熱感受性光学材料（熱により屈
折率が顕著に変化する薄膜光学材料）、例えば
LiNbO3，LiTaO3，PLZT，PBZT，PSZT，
KTN，SBNなどのABO3型化合物、BGO（Bi12
GeO20），BSO（Bi12SiO20）などのシレナイト化
合物、あるいはTiO2のスパツタ蒸着薄膜で構成
し、上記反射制御層１５の０点近傍に熱を加える
と、０点周囲の屈折率が減少し、上述した光バル
ブとしての動作をすることを確認した。この熱
は、例えば、反射制御層１５の表面１７の０点周
囲に、薄膜抵抗発熱体、例えばニクロム薄膜を設
け、この発熱体に電気信号として電流を流すこと
により発生しうる。なお、上記薄膜熱感受性光学
材料の電気絶縁性が低いときには、上記薄膜抵抗
発熱体を設けずに、直接薄膜熱感受性光学材料の
表面１７に一対の平行電極を０点をはさんで設
け、この電極間に電圧を印加して、電流を上記薄
膜熱感受性光学材料に流して発熱させてもよい。
の波長以上の薄膜熱感受性光学材料（熱により屈
折率が顕著に変化する薄膜光学材料）、例えば
LiNbO3，LiTaO3，PLZT，PBZT，PSZT，
KTN，SBNなどのABO3型化合物、BGO（Bi12
GeO20），BSO（Bi12SiO20）などのシレナイト化
合物、あるいはTiO2のスパツタ蒸着薄膜で構成
し、上記反射制御層１５の０点近傍に熱を加える
と、０点周囲の屈折率が減少し、上述した光バル
ブとしての動作をすることを確認した。この熱
は、例えば、反射制御層１５の表面１７の０点周
囲に、薄膜抵抗発熱体、例えばニクロム薄膜を設
け、この発熱体に電気信号として電流を流すこと
により発生しうる。なお、上記薄膜熱感受性光学
材料の電気絶縁性が低いときには、上記薄膜抵抗
発熱体を設けずに、直接薄膜熱感受性光学材料の
表面１７に一対の平行電極を０点をはさんで設
け、この電極間に電圧を印加して、電流を上記薄
膜熱感受性光学材料に流して発熱させてもよい。
第１図の光バルブ１０において、０点での透過
光線１６２は反射制御層１５の表面１７が平滑で
あれば、表面１７で全反射してプリズム１３内に
入り込み、反射光線１６１の近傍を通過するか
ら、光バルブ１０の消光比が悪くなる。本発明で
は、透過光線１６２が効果的にプリズム外部へ放
出されるように、表面１７を第２図ａに示す如
く、粗面にし、全反射を防止している。さらに、
粗面の構造は第２図ｂに示すごとく、鋸歯状のス
トライブ構造で、ストライブの長さ方向が透過光
線１６２と直交するようにすると、より効果的に
透過光線１６２がプリズム外に放出され、光バル
ブとしての特性、例えば消光比が改善されるのを
発明者らは確認した。
光線１６２は反射制御層１５の表面１７が平滑で
あれば、表面１７で全反射してプリズム１３内に
入り込み、反射光線１６１の近傍を通過するか
ら、光バルブ１０の消光比が悪くなる。本発明で
は、透過光線１６２が効果的にプリズム外部へ放
出されるように、表面１７を第２図ａに示す如
く、粗面にし、全反射を防止している。さらに、
粗面の構造は第２図ｂに示すごとく、鋸歯状のス
トライブ構造で、ストライブの長さ方向が透過光
線１６２と直交するようにすると、より効果的に
透過光線１６２がプリズム外に放出され、光バル
ブとしての特性、例えば消光比が改善されるのを
発明者らは確認した。
第３図は、第１図に示した光バルブ１０がさら
に改良された構造を示す。この光バルブ３０で
は、上記反射制御層１５の表面１７に、光の屈折
率がプリズム１３と同一かそれより大きい光学材
料のプリズム３１を張り合わせると、透過光線１
６２のプリズム外への放出を容易にし、光バルブ
としての動作特性例えば消光比が増するととも
に、スイツチ動作がより安定になることを発明者
らは確認した。
に改良された構造を示す。この光バルブ３０で
は、上記反射制御層１５の表面１７に、光の屈折
率がプリズム１３と同一かそれより大きい光学材
料のプリズム３１を張り合わせると、透過光線１
６２のプリズム外への放出を容易にし、光バルブ
としての動作特性例えば消光比が増するととも
に、スイツチ動作がより安定になることを発明者
らは確認した。
なお、上記プリズム１３の構成材料は、スイツ
チさせる光線に対して透明の高屈折率物質で、例
えば可視光線ではルチル（TiO2）、赤外光線では
GaPを用いる。
チさせる光線に対して透明の高屈折率物質で、例
えば可視光線ではルチル（TiO2）、赤外光線では
GaPを用いる。
反射制御層の薄膜電気光学材料は、単結晶・多
結晶構造をとるが、薄膜熱感受性光学材料は結晶
構造を必ずしもとる必要はなく、非晶質構造でも
有効である。例えば非晶質のLiNbO3薄膜が熱に
より顕著に屈折率が変化し、その変化量は単結晶
のLiNbO3の電気光学効果より２桁以上大きい。
結晶構造をとるが、薄膜熱感受性光学材料は結晶
構造を必ずしもとる必要はなく、非晶質構造でも
有効である。例えば非晶質のLiNbO3薄膜が熱に
より顕著に屈折率が変化し、その変化量は単結晶
のLiNbO3の電気光学効果より２桁以上大きい。
またこれらの反射制御層の化学組成も、例えば
PLZTの場合、La，Zr量が大巾に変化して、Zr
＝Ｏ（PLT），Zr＝La＝Ｏ（PT）となつても実用
に供し得ることを発明者らは確認している。
PLZTの場合、La，Zr量が大巾に変化して、Zr
＝Ｏ（PLT），Zr＝La＝Ｏ（PT）となつても実用
に供し得ることを発明者らは確認している。
以下具体的な実施例を述べる。
実施例の説明
実施例 １
本発明の実施例を第１図を用いて説明する。
同図において、α＝61°の屈折率2.6のルチルプ
リズム１３を用いた。その底面１４に屈折率2.25
の薄膜熱感受性光学材料の非晶質LiNbO3１５を
1μmの厚さにスパツタ蒸着し、その表面１７を
800番の砥粒で研磨して粗面にし、さらにニクロ
ム薄膜を蒸着した。プリズム側面１１から、この
面と垂直にHe−Neレーザ光１６を入射させた。
この場合、プリズムとLiNbO3薄膜の界面１４で
の反射についての臨界角は59.9°で、この場合の
入射角θが61°では全反射が起こる。ここで上記
ニクロム薄膜に通電すると、熱により、上記
LiNbO3薄膜の屈折率が増加し、2.3となる。この
場合の臨界角は62.2°となり、入射角θが61°の入
射光は界面１４で全反射しない。通電をやめる
と、屈折率はもとにもどり、再び全反射するよう
になつた。この場合の反射光１６１の強度比は、
オン時に1.0に対して、オフ時は0.1であつた。本
実施例においてのスイツチングタイムは数マイク
ロ秒であつた。
リズム１３を用いた。その底面１４に屈折率2.25
の薄膜熱感受性光学材料の非晶質LiNbO3１５を
1μmの厚さにスパツタ蒸着し、その表面１７を
800番の砥粒で研磨して粗面にし、さらにニクロ
ム薄膜を蒸着した。プリズム側面１１から、この
面と垂直にHe−Neレーザ光１６を入射させた。
この場合、プリズムとLiNbO3薄膜の界面１４で
の反射についての臨界角は59.9°で、この場合の
入射角θが61°では全反射が起こる。ここで上記
ニクロム薄膜に通電すると、熱により、上記
LiNbO3薄膜の屈折率が増加し、2.3となる。この
場合の臨界角は62.2°となり、入射角θが61°の入
射光は界面１４で全反射しない。通電をやめる
と、屈折率はもとにもどり、再び全反射するよう
になつた。この場合の反射光１６１の強度比は、
オン時に1.0に対して、オフ時は0.1であつた。本
実施例においてのスイツチングタイムは数マイク
ロ秒であつた。
実施例 ２
本発明のもう一つの実施例を第３図を用いて説
明する。本実施例の光バルブ３０においては、実
施例１でLiNbO3薄膜１５の表面１７を粗面にす
る代わりに、LiNbO3薄膜１５の表面に、プリズ
ム１３と同じプリズム３２を張り合わせて反射防
止部とした。このようにすると、上記界面１４を
通過した光１６２は、乱反射することなしに、プ
リズム３２の側面３３から放射した。この場合、
角度やその他の条件は実施例１と同様であるが、
反射光１６１の強度比は、オン時に1.0に対して、
オフ時は0.05であつた。
明する。本実施例の光バルブ３０においては、実
施例１でLiNbO3薄膜１５の表面１７を粗面にす
る代わりに、LiNbO3薄膜１５の表面に、プリズ
ム１３と同じプリズム３２を張り合わせて反射防
止部とした。このようにすると、上記界面１４を
通過した光１６２は、乱反射することなしに、プ
リズム３２の側面３３から放射した。この場合、
角度やその他の条件は実施例１と同様であるが、
反射光１６１の強度比は、オン時に1.0に対して、
オフ時は0.05であつた。
実施例 ３
実施例２と同様の構成で、反射制御層１５に厚
さ2μmPLZT9／65／35薄膜電気光学材料のスパ
ツタ蒸着膜を用い、二つの電極を１mmの幅で蒸着
し、1KVの電圧を２電極間にかけることによつ
て、オン時1.0、オフ時0.05の反射光１６１の消
光比を得た。この場合のスイツチ速度は50ナノ秒
であつた。
さ2μmPLZT9／65／35薄膜電気光学材料のスパ
ツタ蒸着膜を用い、二つの電極を１mmの幅で蒸着
し、1KVの電圧を２電極間にかけることによつ
て、オン時1.0、オフ時0.05の反射光１６１の消
光比を得た。この場合のスイツチ速度は50ナノ秒
であつた。
発明の効果
本発明の光バルブは、プリズムの底面に直接接
して外部信号による十分な光屈折率の変化を起こ
すことのできる特定の電気光学材料又は熱感受性
材料のスパツタ薄膜を形成することになり初めて
達成されたもので、このような薄膜構造により、
高速で光をオン・オフできるとともに、光もレー
ザー光から白色光に至るすべての光に対して光バ
ルブとしての動作を示すから、光通信用のスイツ
チや変調器などの光部品にのみならず、投射型テ
レビジヨン受像機やプリンタなど各種の機器の要
素部品として有効で、その産業上の価値は高い。
して外部信号による十分な光屈折率の変化を起こ
すことのできる特定の電気光学材料又は熱感受性
材料のスパツタ薄膜を形成することになり初めて
達成されたもので、このような薄膜構造により、
高速で光をオン・オフできるとともに、光もレー
ザー光から白色光に至るすべての光に対して光バ
ルブとしての動作を示すから、光通信用のスイツ
チや変調器などの光部品にのみならず、投射型テ
レビジヨン受像機やプリンタなど各種の機器の要
素部品として有効で、その産業上の価値は高い。
第１図は本発明の光バルブの基本構成の断面
図、第２図は本発明の一実施例の光バルブの要部
構成図、第３図は本発明の改良された光バルブの
構成の断面図である。 １３……プリズム、１５……反射制御層、１６
……入射光、１６１……反射光、１６２……透過
光。
図、第２図は本発明の一実施例の光バルブの要部
構成図、第３図は本発明の改良された光バルブの
構成の断面図である。 １３……プリズム、１５……反射制御層、１６
……入射光、１６１……反射光、１６２……透過
光。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ LiNbO3，LiTaO3， PLZT〔（Pb，La）（Zr，Ti）O3〕， PBZT〔（Pb，Ba）（Zr，Ti）O3〕， PSZT〔Pb（Sn，Zr，Ti）O3〕， KTN〔Ｋ（Ta，Nb）O3〕，SBN〔（Sr，Ba）
Nb2O6〕からなる第１の物質群又はBGO（Bi12
GeO20），BSO（Bi12SiO20），TiO2からなる第２の
物質群のうちの１種からなる結晶又は非晶質スパ
ツタ蒸着薄膜を、変調すべき光の入力面と光の出
力面を有する上記スパツタ蒸着薄膜よりも大きな
屈折率を有するプリズムの底面に直接接して上記
変調すべき光の波長以上の膜厚でもうけ、上記ス
パツタ蒸着薄膜を上記入力面より入射する光の反
射制御層とし、上記反射制御層の光屈折率を、電
圧又は熱信号により上記入力面から入射した光の
上記プリズムとの界面での全反射条件近傍で変化
させ、上記反射制御層の上記プリズムと接してい
ない側に全反射防止部を設け、上記出力面からの
光強度を変調することを特徴とする光バルブ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57198688A JPS5987436A (ja) | 1982-11-11 | 1982-11-11 | 光バルブ |
| DE8383903566T DE3382151D1 (de) | 1982-11-11 | 1983-11-10 | Lichtventil. |
| US06/629,842 US4796982A (en) | 1982-11-11 | 1983-11-10 | Optical valve |
| PCT/JP1983/000402 WO1984002010A1 (en) | 1982-11-11 | 1983-11-10 | Light valve |
| EP83903566A EP0124622B1 (en) | 1982-11-11 | 1983-11-10 | Light valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57198688A JPS5987436A (ja) | 1982-11-11 | 1982-11-11 | 光バルブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5987436A JPS5987436A (ja) | 1984-05-21 |
| JPH0473129B2 true JPH0473129B2 (ja) | 1992-11-20 |
Family
ID=16395385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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