JPH05178696A

JPH05178696A - ▲ＢａＴｉＯ３▼光学単結晶の製造方法

Info

Publication number: JPH05178696A
Application number: JP35788591A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nakao; 知中尾; Kazuhiko Tomomatsu; 和彦友松; Shoji Mimura; 彰治味村; Akito Kurosaka; 昭人黒坂; Haruo Tominaga; 晴夫冨永; Kenichi Kitayama; 研一北山; Fumihiko Ito; 文彦伊藤
Original assignee: Fujikura Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Fujikura Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 1993-07-20

Abstract

(57)【要約】【目的】光の減衰を生じることなく結合の導波路を長
くとることができ、歪及びノイズがなく、高増幅率を得
ることができるＢａＴｉＯ₃光学単結晶の製造方法を提
供する。【構成】一軸圧縮により９０°分域を消失させ、光伝
搬方向に交互に反転する電場を印加することにより、１
８０°分域構造が光伝搬方向に交互に設けられた単結晶
を製造する。これにより、参照光は分極方向に対して常
に一定の関係で進行するため、信号光と参照光との結合
部では、常に信号光の増幅が生じる。しかも、信号光の
反射及びノイズの発生がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフォトリフラクティブ
（photo-refractive；光屈折）効果により光信号を増幅
する作用を有し、またホログラムの記録等による画像処
理にも使用されるＢａＴｉＯ₃光学単結晶の製造方法に
関し、特に周期的に分極方向を反転させた構造を持つＢ
ａＴｉＯ₃光学単結晶の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢａＴｉＯ₃単結晶は大きなフォトリフ
ラクティブ効果を持つため、結晶内に回折格子を書き込
むことにより画像情報を持つ光信号を増幅したり、ホロ
グラムを記録したりすることができる。それらのプロセ
スは、図６に示すように、結晶１ａに信号光２と参照光
３の２本の光を入射して、相互に干渉させることにより
行われる。この場合に、光信号の増幅率及びホログラム
読み出し時のＳ／Ｎを向上させるためには、２本の光が
結合する距離（即ち、作用長）を長くとることが有効で
ある。しかし、ＢａＴｉＯ₃単結晶は、高価であり、大
型の結晶を得にくいため、作用長を任意に長くすること
は困難である。また、入射光のスポット径からも作用長
は制限される。

【０００３】そこで、図７に示すように、信号光２の伝
搬方向へだけ結晶１ｂを長くして、参照光３を結晶１ｂ
の内側で反射させながら複数回に亘り信号光２と結合さ
せることにより作用長を長くした光増幅又はホログラム
記録用の導波路型素子が提案されている。しかしなが
ら、このような光路を形成した場合、図７のＡの結合部
分で信号光２が増幅されるとすると、Ｂの結合部分では
逆に減衰してしまう。この理由は以下のように考えられ
る。ＢａＴｉＯ₃単結晶中では信号光２と参照光３との
干渉によって回折格子が書き込まれ、図８に示すよう
に、参照光３の一部が信号光２の方向へ回折することに
よって信号光２が強められる。しかし、図９に示すよう
に、参照光３の方向が異なったり、図１０に示すよう
に、結晶１ａの分極方向４が異なったりすると、参照光
３が増幅される替わりに、信号光２は減衰してしまう。
この図１０に示すように、回折する方向が結晶内の分極
方向によって決定されるため、信号光２が減衰する場合
が生じる。従って、図７のＡの結合部分では参照光３の
一部が信号光２へ移り、信号光２は増幅されるが、Ｂの
結合部分では逆に信号光２の一部が参照光３へ移り、信
号光２は減衰してしまう。

【０００４】次に、このような問題点を解消して、全て
の結合部分で信号光が増幅されるようにするため、図１
１に示すように、結晶１ａを分割して分極の向きを互い
違いに並べて置き、結晶１ａ間に参照光３を反射させる
反射鏡５を配置するか、又は、図１２に示すように、分
割した結晶１ａを接合部６で接合するタイプの導波路が
考えられる。このように、周期的に分極方向が反転した
構造とすることにより、信号光は全ての結合部において
増幅され、減衰がないフォトリフラクティブ導波路が得
られる。

【０００５】一方、ホログラム記録の場合も光増幅と
同様で、一方向に分極した導波路内ではホログラムはＡ
部とＢ部とで位相が１８０°異なって書き込まれるた
め、読み出し時にそれらの信号は打ち消し合ってしま
う。しかし、分極反転構造を持つ導波路では、全てのホ
ログラムは同位相で書き込まれるため、読み出し時に各
ホログラムからの信号は強め合い、Ｓ／Ｎの高い再生画
像が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな接合構造の光導波路においては、図１３に示すよう
に、接合部６での反射により信号光７の損失が発生し、
接合部６を通過する信号光９の強度が弱まるという問題
点がある。また、この接合部６での反射光８に起因する
ノイズの発生を避けることができない。導波路が長くな
る程、また反転周期が短くなる程、即ち、２本の光の結
合回数を多くして作用長を長くしようとする程、この損
失及びノイズが増加する。

【０００７】このように、単分域結晶を並べて分極反転
構造を持たせたフォトリフラクティブ導波路では、光の
伝搬方向を向いた結晶の表面又は接合境界面で光が反射
し、その分、光の強度が減衰したり、反射光と信号光と
の結合により歪及びノイズが付加されたりして、十分高
い増幅率が得られず、また画像情報の忠実度が失われる
という問題点があった。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、光の減衰を生じることなく結合の導波路を
長くとることができ、歪及びノイズがなく、極めて高い
増幅率を得ることができるＢａＴｉＯ₃光学単結晶の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＢａＴｉＯ
₃光学単結晶の製造方法は、ＢａＴｉＯ₃単結晶に圧縮力
をかけて９０°分域を除去した後、所定のパターンで周
期的に配列した電極を前記単結晶上に設け、隣接する電
極間で＋，−方向が相違する電圧を各電極に印加するこ
とにより、前記結晶に光伝搬方向に交互に反転した電場
を印加して、周期的に反転した１８０°分域構造を形成
することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明においては、伝搬する２本の光の結合の
向きに合わせて結晶の分極の向きを反転させているた
め、伝搬する信号光と参照光の結合は常に同一方向にな
り、常に信号光は増幅されるので、結晶全体の増幅率が
極めて大きくなり、画像処理を行ったときのＳ／Ｎ比が
高くなる。

【００１１】一方、同じように分極反転構造を持ちなが
ら、分極方向が逆の単分域結晶を一個一個交互に並べて
接合する従来の光学単結晶は、結晶の接合面で一部反射
されるためその分損失が生じ、また反射した光が参照光
又は信号光と結合しノイズが発生する。しかし、本発明
に係る結晶は接合面が存在しないと共に、１８０°分域
間で屈折率の差が無いため、１８０°分域壁による光の
反射は皆無である。従って、増幅された信号光の損失
も、反射によるノイズの発生もなく、結晶全体で接合タ
イプよりも実質的に高い増幅率が得られ、画像処理を行
った時のＳ／Ｎ比が高くなる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。

【００１３】図１は本発明の実施例方法の１工程を示
し、単結晶の表裏面に電極を形成したところを示す斜視
図、図２はその１８０°分域の形成方法を示す模式図、
図３は本実施例方法により製造された光学単結晶を示す
模式図である。図１に示すように、光伝搬方向に長い形
状を有するＢａＴｉＯ₃単結晶１の表面及び裏面に夫々
電極パターンが各電極部１０が相互に電気的に分離する
ように形成されている。そして、各電極部１０にはリー
ド線１１が接続されている。この結晶１は９０°分域が
除去されており、図２に示すように、光伝搬方向に交互
に方向が１８０°相違する電場を印加することにより、
図３に示すように、本実施例のＢａＴｉＯ₃単結晶は、
分極方向の１８０°分域が光伝搬方向に交互に現れてい
る。

【００１４】次に、この図３に示すＢａＴｉＯ₃単結晶
の製造方法について説明する。先ず、図１に示すよう
に、育成したＢａＴｉＯ₃単結晶１を直交する結晶主軸
の３方向に沿って切り出し、表面に鏡面研磨を施す。次
に、この結晶１に対して、結晶主軸方向が異なる２方向
から交互に一軸圧縮を加える。これにより、結晶の９０
°分域が消失する。この一軸圧縮処理は９０°分域が完
全に除去されるまでその操作をくり返す。

【００１５】こうして、分極方向（Ｃ軸）を揃えた結晶
の分極方向の表裏両面（Ｃ面）に、図１に示すように、
銀ペーストを塗布することによって、電極パターンを形
成し、相互に電気的に分離した３対の電極部１０を設け
る。但し、この銀ペーストの替わりに銅ペースト又はグ
ラファイトペーストを用いてもよい。そして、各電極１
０に銀ペーストによりリード線１１を取り付ける。な
お、パターン電極材として銀ペーストのように導電性ペ
ーストを使用することによって、電極と結晶との間の密
着性が良く、均一な電場を印加することができる。

【００１６】その後、図２に示すように、各リード１１
を高圧電源に接続し、隣接する電極１０間で＋，−の極
性が反転するようにして各電極に高電圧を印加する。こ
れにより、表裏両面の電極１０に挟まれた結晶の３領域
に、隣接する領域同士が互いに逆方向になるように電場
１２が印加される。この場合に、電場１２の強さが例え
ば、１KV／cmになるように徐々に電圧を上昇させ、更に
結晶１の温度を１２５℃まで昇温してこの温度に１０時
間放置した。次いで、結晶１の温度を室温まで下げた
後、印加電圧を０に戻し、更に銀ペーストで形成した電
極１０を取り除く。

【００１７】このようにして製造されたＢａＴｉＯ₃単
結晶はその分極方向が、図３に示すように、交互に表れ
る。即ち、このようにして、分極方向を配向させた結晶
を塩酸でエッチングしてその分極パターンを観察すれ
ば、電極のパターン通り、交互に反転した分域構造を持
っていることがわかる。即ち、この結晶１は１８０°分
域が光の伝搬方向に交互に現れるものとなる。

【００１８】本実施例のＢａＴｉＯ₃光学単結晶１に対
し、図３に示すように、その分極方向に垂直に信号光２
を入射し、この信号光２に対して若干傾斜する方向に参
照光３を入射させると、最初の１８０°分域の領域で
信号光２は参照光３と結合して増幅される。そして、参
照光３が結晶の裏面で反射して結晶表面に向けて進行す
ると、次の１８０°分域の領域では、分極方向が領域
と反転しているので、この領域でも信号光２は参照
光３と結合して増幅される。更に、参照光３が結晶表面
で反射して結晶裏面に向かう領域では、分極の方向が
領域に対して反転しているので、この領域における
結合によっても信号光２は増幅される。このようにし
て、分極方向と参照光の進行方向とが常に同一の関係に
あるため、信号光２は減衰又は反射することなく、参照
光３と３回結合してその都度増幅され、極めて大きな増
幅度が得られる。

【００１９】実際に、本実施例の単結晶１を製造し、図
３に示すように２本のレーザー光を入射して結晶の単位
長さ当たりの光増幅率を測定した。その結果、図４に示
すように、長さが短く２本の光が１回しか結合しないよ
うな結晶１ａの場合とほぼ同等の光増幅率を示した。こ
のことは、本実施例の結晶においては、結晶全体に亘っ
て光増幅が行われていることを示している。

【００２０】一方、例えば、図５に示すように、図３に
示す本実施例の単結晶１と同一寸法であっても、一方向
に一様に分極された結晶１ｂの場合の光増幅率は、本実
施例の結晶の３５〜４５％の間であった。

【００２１】また、図１２に示すように、同一寸法にな
るように、３個の単分域結晶を接合して本発明と同じ分
極構造を持つ導波路を作製した場合は、同様の測定を行
った結果、光増幅率は本実施例の結晶の約７０〜７５％
であった。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、交互に
反転する電場を印加することにより、反転分域構造を持
つ結晶を得るので、参照光信号と分極の向きを常に同
一方向にできるため、増幅率が高いフォトリフラクティ
ブ導波路型結晶が得られる。また、複数個の結晶を接
合することなく分極が周期的に反転した導波路を作製で
きるため、結晶の成形研磨は１個分の作業で済む。更
に、複数個の結晶を接合することなく、分極が周期的
に反転した導波路を作ることができるため、接合部での
反射による損失及びノイズの発生がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るＢａＴｉＯ₃光学単結晶
の製造工程を示す斜視図であり、電極パターンを形成し
たところを示す。

【図２】同じくその製造工程を示す模式図であり、反転
電場を結晶に印加している様子を示す。

【図３】本実施例に係るＢａＴｉＯ₃光学単結晶の反転
分域構造を持つ導波路中の２本の光の結合の動作を示す
模式図である。

【図４】一回結合の単分域ＢａＴｉＯ₃結晶における２
本の光の結合の様子を示す模式図である。

【図５】三回結合の単分域導波路中の２本の光の結合の
様子を示す模式図である。

【図６】ＢａＴｉＯ₃単結晶中での２本の光の結晶の様
子を示す。

【図７】ＢａＴｉＯ₃単結晶導波路中を伝搬する２本の
光の結合の様子を示す。

【図８】ＢａＴｉＯ₃単結晶中での光の結合により光が
増幅する様子を示す模式図である。

【図９】ＢａＴｉＯ₃単結晶中での光の結合により光が
減衰する様子を示す模式図である。

【図１０】ＢａＴｉＯ₃単結晶中での光の結合により光
が減衰する様子を示す模式図である。

【図１１】隣接する結晶の分極方向が逆になるように並
べた場合の従来例で、ミラー５で参照光３が反射して結
晶中で信号光２と結合する様子を示す模式図である。

【図１２】逆向きの分極を持つ結晶を接合して導波路と
した場合の従来例で、各結晶間に接着層６が存在する場
合の光結合の様子を示す模式図である。

【図１３】接着層６で入射光７が反射する様子を示し模
式図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ；光学単結晶２；信号光３；参照光４；分極方向５；反射鏡６；接合部１０；電極１１；リード１２；電場

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者味村彰治東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者黒坂昭人東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者冨永晴夫東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者北山研一東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者伊藤文彦東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＢａＴｉＯ₃単結晶に圧縮力をかけて９
０°分域を除去した後、所定のパターンで周期的に配列
した電極を前記単結晶上に設け、隣接する電極間で＋，
−方向が相違する電圧を各電極に印加することにより、
前記結晶に光伝搬方向に交互に反転した電場を印加し
て、周期的に反転した１８０°分域構造を形成すること
を特徴とするＢａＴｉＯ₃光学単結晶の製造方法。
【請求項２】前記電極は、導電性ペーストを結晶に直
接塗布するか、又は印刷することによって形成すること
を特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉＯ₃光学単結晶
の製造方法。