JPS606488B2 - 電気光学光変調器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はしーザ光の位相、偏光状態、強度などを時間的
に変調する光変調素子に関し、特に結晶の電気光学効果
を利用した光変調器に関する。

光変調素子はしーザ光を使った多のシステム、例えば光
通信システム、光メモリシステム、レーザディスプレィ
システム、レーザ記録システムなど高速に大容量の情報
を伝達し、議取り、表示し、記録する装置には必要不可
欠な素子である。光変調素子には機械的な変形や振動を
使ったもの、音響光学効果を使ったもの、電気光学効果
を使ったものなどがある。これらのうちで結晶の電気光
学効果を使った変調器は広い帯城幅をもち、高速で光を
変調できるという特長がある。結晶の電気光学効果を使
った変調器のなかで比較的低電圧で動作し、高い消光比
が容易に得られるのは、屈折率だ円体の回転を生じせし
める電気光学効果を使い、光透過方向に周期的に電界を
印加することによって入射光の結晶の主軸に垂直または
平行な電界成分をその電界成分と直交する電界成分に変
換する光変調器である。

このような構成の電気光学変調器の構造や動作は特願昭
５１−８２０９５号明細書（特開昭５３−７３４８号公
報）に詳述されている。この変調器の材料としては、上
記の電気光学効果に寄与するポッケルス係数が大きく、
かつ光学的異方性の４・さし、結晶が用いられる。例え
ば、よく知られているタンタル酸リチウム等が用いられ
る。この場合、変調の効率を上げるために印加電界の周
期Ａを２汀／Ａ＝２竹１〜一ｎ。１／入 （１）とす
るような周期的な電極が設置される。

ここでｎ。、ｎｅはそれぞれ常光、異常光に対する屈折
率、＾は真空中の光波長である。しかし、このような変
調器は周囲温度の影響をうけやすい。すなわち周囲温度
が変化すると１〜−ｎ。１の値が変わり、位相整合条件
を示す（１）式が満たされなくなるので効率が低下して
しまう。

このような温度による効率の変化を補償するための方法
として、電極の周期を光透過方向に単調に増加させるか
または単調に減少させる方法が特顔昭５２−８５３４号
明細書（特開昭５３−７３８５６号公報）に述べられて
いる。しかし、上記方法を用いても補償できる温度範囲
は狭い。本発明の目的は上述した従来の光変調器よりも
広い温度範囲にわたって変調効率の変動が小さい高性能
な電気光学光変調器を提供することにある。

本発明によれば、結晶の光学的な屈折率だ円体の回転を
生じせしめる電気光学効果を使い、光透過方向に周期的
に電界を印加することによって透過光の上記結晶の主軸
に垂直または平行な電界成分の一部または全てをその電
界成分と直交する電界成分に変換する光変調器において
、該主軸に垂直な直線偏光に対する屈折率とその直線偏
光に直交する直線偏光に対する屈折率の差が光透過方向
に連続的に変化している結晶を変調媒体とすることによ
って周囲温度変化に対して安定な電気光学光変調器が得
られる。

以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は従来および本発明の電気光学光変調器の原理構
成図である。従来は、光変調媒体１として、Ｚ面に平行
に切り出し、Ｙ軸方向に光を透過させるように形成した
酸化リチウムの濃度が酸化タンタルの濃度よりも１０〜
３０％程度大きいタンタル酸リチウム結晶（ＬＩＴａ０
３）を使用している。結晶１上に設置されたインターデ
ィジタル電極２と変調信号発生器３によって×軸方向の
電界が光透過方向に周期的に印加される。入射光４はＸ
藤方向に偏光した直線偏光である。入射光４は結晶１を
通過中に前述の周期的な電界と結晶１のポッケルス係数
ｒ５，によりＺ軸方向の電界成分を有する光に変換され
て出射光５となる。すなわち、Ｘ軸方向の偏波成分がＺ
軸方向の偏波成分に変換される。ただし、大きな変換効
率を得るために電極２の周期Ａは結晶１の中心では（１
｝式を満足する値であり、結晶１のＹ軸方向に単調に増
加または減少している。周期Ａを一定とした場合にはよ
り大きな変換効率が得られるが「周囲温度変化に対して
変換効率の変動がより大きい。出射光６はＺ軸方向の偏
波成分のみを通す検光子７を通過し、Ｚ軸方向の偏波成
分だけ取り出されて出力光６となる。変換効率は印加電
圧によって制御されるので、出力光６は変調信号発生器
３によって変調されている。この実施例では上述のよう
に電極周期をＹ方向に変化させて温度に対する効率の変
動を抑制しているが、しかし、十分には安定されない。
第２図はＹ軸方向の長さが１０肌で組成がＬｉ／Ｔａ＞
１であり、温度が２８００のときｎｅ−ｎ。

＝４．５×１０４であるタンタル酸リチウム結晶を用い
て第１図に示した変調器を作り、１８０Ｖの電圧を加え
たときの変調効率の温度に対する変化を示す図である。
得られる最大の変調効率に対して一紅Ｂ以上の変調効率
が得られる温度範囲を変調可能温度幅とすると、この変
調器では「 この温度幅は６℃しかなく、温度特性は実
用に際しては不十分である。次に本発明による光変調器
の一実施例を説明する。

本実施例の光変調器の外観は第１図と同様であり、光変
調媒体１としてのタンタル酸リチウム結晶の外形及び方
位、インターディジタル電極２の形状、変調信号発生器
３、検光子？、入射光４は全て第１図に示した従来例と
伺いこ設定されている。ただし、結晶中ではｎｅ−ｍ。
の値は一定ではなくＹ軸方向に単調に増加している。こ
のようなｎｃ−ｎ。の値の空間的な分布を結晶中に設け
ると、ｎｅ−ｎ。の値が一定である従来の第１図に示し
た変調器に比べて温度変化に対する補償範囲が広くなる
。第３図は本発明の実施例に用いる結晶中でのＹ軸方向
のｎｅ−ｎ。

の分布の一例を示す図である。上記の分布は例えば結晶
成長中に結晶引上げ速度や結晶成長温度を適当にコント
ロールすることによって結晶成長方向に結晶組成の変化
を生じせしめる等の方法によって得ることができる。第
４図はＹ軸方向の長さが１仇倣で温度が２８００のとき
第３図に示したｎｅ−ｎ。

の分布を有するタンタル酸リチウム結晶を用いて第１図
に示した外観の変調器を作り、１８０Ｖの電圧を加えた
ときの変調効率の温度に対する変化を示す図である。こ
の変調器では、前述の変調加能温度幅は１０００である
ので、第２図に示した従釆の変調器の温度特性よりも優
れた特性を有する。以上述べたように本発明によれば、
変調媒体結晶の光透過方向に光学的異方性の変化、例え
ばｎｅ−ｎ。

の変化をもたせることにより「温度に対して安定な電気
光学変調器を得ることができる。なお、本発明に使用さ
れる結晶は実施例に述べた結晶に限られるものではない
。例えば、ニオブ酸鉛結晶、タンタル酸リチウムとニオ
ブ酸リチウムの固溶体結晶等も用いることができる。ま
た、ｎｅ−ｎ。の分布の形、インターディジタル電極の
形状等も実施例に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来および本発明による電気光学光変調器の原
理構成図、第２図は従来の変調器の温度特性の一例を示
す図、第３図は本発明の一実施例の変調器に用いる結晶
中のｎｅ−ｎ。 の分布の一例を示す図、第４図は本発明による変調器の
温度特性の一例を示す図である。１……タンタル酸リチ
ウム結晶、２……インターディジタル電極、３・・・・
・・信号発生器、４・・・・・’入射光、５・・・・・
・出射光、６・・・・・・出力光、７・・・・・・検光
子。 弟／図 鮪２図 第３図 努４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気光学効果を有する変調媒体と、該媒体の光透過
   方向に周期的に電界を印加する手段とを含み、該透過光
   の電界成分の少くとも一部を該電界成分と直交する電界
   成分に変換する光変調器において、前記変調媒体におけ
   る該媒体の主軸に垂直な電界成分を有する直線偏光に対
   する屈折率と該直線偏光に直交する直線偏光に対する屈
   折率との差が前記光透過方向にほぼ連続的に変化してい
   ることを特徴とする電気光学光変調器。