JPS61143722A - 低電圧駆動形電気光学結晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光スィッチ、光シヤツター機構等に使用される
低電圧駆動形電気光学結晶素子に関する。

従来技−とその問題点 光ビームａは第７図に示すｉうに偏光方向が累なる二つ
の直線偏光ビームａｌ、ａ２を成分とし、電気光学効果
を有する結晶体、例えば透明セラミックＰＬＺＴの対向
面に電極を設け、これに電圧を印加し上記光ビームａを
入射させるとその偏光方向が変換され、例えば直線偏光
ビームａｌをａ２に又は同ａ２を同ａｌに変換し出射さ
せることが可能であり、この特性を利用した光スィッチ
が知られている。

例えば第７図に示す光スィッチは上記光ビームａの光路
上に偏光ビームスプリンターｌを配し、該ビームスプリ
ッタ−１の入射側に電気光学結晶素子２を配し、更に該
電気光学結晶素子２の光入射側に直線偏光ビームａｌ、
ａ２の何れか一方のみの通過を許容する如くその光軸を
横方向又は縦方向に設定した偏光素子３を配する。

電気光学結晶素子２には相対する二つの面に電極が設け
てあり、該電極に半波長電圧が印加されていない場合に
は第７図Ａに示すように上記直線偏光ビームａｌはその
偏光方向が変換されることなくこれを通過し、偏光ビー
ムスプリッタ−１に入射し、これを直角方向に出射する
。

又第７図Ｂに示すように上記電気光学結晶素子２に電源
４を介し所定の半波長電圧を印加した場合はこれに入射
する上記直線偏光ビームａ１はその通過の際偏光方向が
９０’回転され、直線偏光ビームａｌ　　’に変換され
て偏光ビームスプリッタ−１に入射し、その偏光方向に
従い同ビームスプリッタ−１を直進方向に通過し出射す
るに至る。

このように電気光学結晶素子２は所定の大きさの＋側又
は−側にのみ振幅を有する半波長電圧を駆動電圧として
印加することにより直線偏光ビームを第７図Ａ、Ｈに示
す如き二方向に出射させ光路を切換することができるも
のであるが、この電気光学結晶素子２の欠点は上記の如
き電気光学効果を得るのに比較的大きな駆動電圧を要し
、駆動電源設備が大形となってしまう欠点、従弓て専用
の駆動電源の設備を強いられる欠点があり、これが光ス
ィッチ等における商品化を妨げる理由の一つとされ、そ
の解決が課題となっている。

発明の目的 而して本発明は上記従来素子が有する課題の抜本的解決
を目的とした低電圧駆動形電気光学結晶素子を提供する
。

即ち、本発明は従来に比べ著しく小さな駆動電圧で所定
の電気光学効果（直線偏光ビームの偏光方向の変換機能
）を得ることを可能とし、電圧印加に用する駆動電源設
備の小形化を図り、周辺機器と共用の電源で低電圧駆動
できる電気光学結晶素子を提供する。

又本発明は光透過率の減少の原因となる電気光学結晶素
子の光路長の増加（同素子の長さの増加）等を招かずに
低電圧駆動できる光損失防止に有効な電気光学結晶素子
を提供する。

本発明の他の特徴は以下に述べる実施例の説明によって
理解される。

発明の構成 本発明は上記目的を達成すべく構成されたものであって
、電気光学結晶素子を積層構造とし、各層間に延在させ
た電極間において、各積層結晶片間へ電圧を印加する構
造とし、該電圧印加面と直角となる結晶素子側面から層
間電極層と平行に光ビームを入射し出射することによっ
て、理論的に上記結晶片の積層数で割った値まで駆動電
圧を低下させ前記電気光学効果を得るようにしたもので
ある。

発明の実施例 第１図乃至第３図は本発明に係る上記積層構造の低電圧
駆動形電気光学結晶素子の実施例を示し、第４図乃至第
６図は同電気光学結晶素子の新規な製造法及び同半加工
品の構造を示す。

第１図乃至第３図に示すように本発明に係る低電圧駆動
形電気光学結晶素子１２は複数枚の電気光学結晶片１１
の積層構造体Ｐから成る０図示の如く同結晶素子１２は
外形が小さな直方体形を呈する。

該積層構造体Ｐを形成する複数の層間には夫々　　　　
　　　□電極層を形成する。各結晶片１１は該層間電極
層を介し一体積層される。該層間電極層は子種側に接続
される層間電極層１１ａと一極側に接続される層間電極
層１１ｂとから成る。該＋極側層間電極層１１ａと一極
側層間電極層１１ｂとは互いに絶縁し各々対向する如く
配置する。各層間及び積層構造体Ｐたる結晶素子１２の
表裏面に電極層が形成され、該表裏電極層を上記対向配
置となる如く子種側又は−極側に接続する。この表裏電
極層は層間電極と同一機能を有し、又その表面に更に結
晶片の重ね合せが可能であるから同−付号を以って示す
。

実施に応じ層間の一部又は表裏面に電極層を形成せずに
複数の層間に電極層を存在させ子種と−出せず一極の層
間電極層対向状態を形成する場合もある。　　　　置か
れ２更に実施例は上記＋極側層間電極層１１ａと−上記
１極側層間電極層１１ｂとを夫々一括接続するため　　
　ｌｌｃの層外電極層１１ｃ、ｌｉｄを形成した場合を
示　　　け、又Ｃす。　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　ｌｌａ該層外電極層１１ｃ、ｌｌｄ
は上記層間電極層　　　　第３［１１１ａ、ｌｌｂと直
交する積層構造体Ｐの左右側　　　積層構文面に対向し
て形成され、一方の層外電極層１１ｃ　　　　例を示−
に上記＋極側層間電極層１１ａが一括接続され、　　　
　　積層４他方の層外電極層ｌｉｄに上記−極側層間電
極層　　　にはそ（ｔｔｂが一括接続される。　　　　
　　　　　　　　　　備させ・上記＋極側層間電極層１
１ａは一端を層間より　　　　に達し、左右側面の一方
へ露出させて上記＋極側層外電極　　　する。

層１１ｃと接続され、同様に一極側層間電極層　　　　
各結駐１１ｂは一端を左右側面の他方へ露出させて上記
　　　相互がｊ−極側層外電極層ｌｉｄと接続される。

又＋極側　　　構造体層間電極層１１ａの他端は層間よ
り露出せず一極　　　記＋極１側層外電極層ｌｉｄと離
間した状態に置かれ、同　　　対にて一様に一極側層外
電極層ｉｔｂの他端は層間より露　　　れる。

Ｈ極側層外電極層１１ｃと離間した状態に５゜ わ如くした子種側と一極側層外電極層 、ｌｉｄの各々に例えば導線をハンダ付よ接片を加圧接
触する等して各層間電極層、ｌｌｂと電極との一括接続
が果される。

くは層間電極層１１ａ、ｌｌｂの形成及び　　・１体Ｐ
の形成についてのより具体的な実施針。

構造体Ｐを形成する各電気光学結晶片１１０表裏面に電
極層１１ａ’、ｌｌｂ’を具６、電極層１１ａ′は一端
が結晶片の一端同ｔｉｂ’は一端が同結晶片の他端に達
１片１１を電極層１１’　ａ　’相互、同１１ｂ’重な
るように張り合せることによって積層Ｐが形成され、電
極層１１ａ’の対にて上層層間電極層１１ａが、電極層
１１ｂ′のＥ記−極側層間電極層１．　ｌ　ｂが夫々形
成さ上記結晶片１１の張り合せ、即ち電極層１１ａ’　
　　印〕相互と同１１ｂ’相互の張り合せ媒体として接
着　　　ｌ：剤１３、殊に絶縁性接着剤が適用される。

　　　　　　　１′又層外電極層１１ｃ、ｌｌｄは金属
箔を接着剤　　　大月１５、殊に導電性接着剤を媒体と
して張り合せす　　　積りるか、又は蒸着等にて形成す
る。電極層１１ａ’　　　　べ、の対は上記絶縁性接着
剤１３の介在にも拘らず　　　　Ｚ夫々共通の層外電極
層１１ｃに接続され、互いに　　　１：導通状態におか
れる。電極層ｉｔｂ’の対に関し　　　の２ても同様で
ある。　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｖ電極層
１１ａ’　、ｌｌｂ’は微視的には表面が　　　整）凹
凸となっており、これらが接着剤１３を押しの　　　前
ｉけて互いに接触し導通状態となる。従って、仮に　　
　構ｉ層外電極層１１ｃ又はｌｉｄと対になる電極層　
　　複１１１ａ′の一方又は同１１ｂ’の一方とが接触
状　　　塩１態となれば他方が非接触状態又は不完全接
触状態　　　りであ−）たとしても、電極層１１ａ’の
各対、同　　　　１１１ｂ′の各対は互いに確実に導通
状態となる。　　　　ｌ斯くして形成された積層構造の
電気光学結晶片　　　図１子１２は各層間電極層１１ａ
、ｌｌｂ間で電圧が　　　い−され、該電圧印加面と直
角となる結晶素子２の前後面から第１図矢印＋示す層間
電極層ｌａ、ｌｌｂと平行な光路を以って光ビームが寸
され対向面へと出射される。この駆動電圧はテ構造でな
い結晶素子の駆動に必要な電圧に北回電圧を積層数で割
った値の低電圧となる。

釘に上記積層構造形の低電圧部動形結晶素子２の製造法
及びそめ製造過程で組立てられるそ幹加工品の構造につ
いて詳述する。

ｗ記の結晶素子１２を構成する結晶片１１の略汝倍の表
面積を有する電気光学結晶片１１’を配接着剤１３にて
複数枚重ね付けし、単位積層古体Ｐ′を形成する。該単
位積層構造体Ｐ′を孜枚準備し、これを可溶性接着剤１
４を介して孜段に重ね付けし、直方体形の一次結晶ブロ
ッ１２Ａを形成する＜ｍ４図Ａ参照）。

懐−次結晶ブロック１２Ａを構成する結晶片１′の表裏
面の電極層の配置は第５図Ａ、第６Ａ、Ｈによって明確
に示される。第４図Ａにおては観察を容易にするため同
電極層を省略し図示している。

次で上記−次結晶ブロック１２Ａをｘ−Ｘ線で等間隔に
切断する。この切断によって複数の細長の二次結晶ブロ
ック１２Ｂを得る（第４図Ｂ参照）、同図において、１
１″は上記切断された電気光学結晶片を、又Ｐ　”は同
切断された単位積層構造体を示す、該単位積層構造体Ｐ
　”から成る二次結晶ブロック１２ｂの上記ｘ−Ｘ線切
断面の状態、従って結晶ブロック１２Ａの構造を第５図
Ａに拡大水する。

同図及び第６図Ａ、Ｈに示すように、結晶片１１′の表
裏面には互いに等長の電極層１１ａ’。

１１ｂ′が上記ｘ−Ｘ線切断方向において等間隔となり
、後記するＹ−Ｙ線切断方向において結晶ブロック１２
Ａの一辺から他辺へ帯状となる如く形成すると共に、第
６図に示す如く、−面側の電極層１１ａ′と他面側電極
層１１ｂ’とが位相をずらして（結晶片ｔ　ｉ　’　、
　ｔ　ｔ　”の平面方向に部分的に対向する如く位置を
ずらして）配置される。

該結晶片１１’の複数枚をその一面側電極暦１１ａ’が
互いに正対し他面側電極層１１ｂ’が互いに正対し、且
つ電極層１１ａ’の一端と同ｔｉｂ’の一端とが略同−
位置となるように重ね合せ、接着剤１３にて積層して上
記−次結晶ブロック１２Ａを形成し、これを前記の如く
第４図Ａに示すｘ−Ｘ線で切断することによって第５図
Ａに示す切断面を有する二次結晶ブロック１２Ｂを得る
。この二次結晶ブロック１２Ｂの切断面に最終的に光ビ
ームが入出射することとなる。

次に該二次結晶ブロック１２Ｂを前記ｘ−Ｘ線と直交す
るＹ−Ｙ線にて等間隔に切断し、第４図　　−〇に示す
三次結晶ブロック１２ｃを得る。この三次結晶ブロック
１２Ｃは最終単位の電気光学結晶素子１２を多段に重ね
た形態を呈する。

該Ｙ−Ｙ線による切断位置は第５図Ａに示すように、電
極層１１ａ’とｌｌｂ’の端末が一致する線上において
なされる。

Ｙ−Ｙ線切断は一定の切断しろを以ってなされ、該切断
線上において電極層１１ａ’の一端を切断し、同時に電
極層１１ｂ’の一端を切断する。このＹ−Ｙ線によって
分割された一方の切断面と他方の切断面の状態を第５図
Ｂに拡大水する。即ち、同図は三次結晶ブロック１２Ｃ
の切断面を示す。

この切断面から理解できるように、電極層１１ａ’が一
層置きに形成され、各電極層１１ａ’間に電極層１１ｂ
’が形成され、この電極層１１ａ’は一側面において層
間より露出され、同ｉｔｂ’が他側面において層間より
露出される。

この電極配置は各単位積層構造体Ｐの電極配置でもある
。

即ち、上記第４図Ｃにおける三次結晶ブロック１２ｃを
接着剤１４から単位積層構造体Ｐ毎に分離することによ
って、第４図りに示す上記電極層配置の前記電気光学結
晶素子１２の母体が得られ、電極層１１ａ’一端が層間
より露出する面に層外電極層１１ｃを形成し、電極層１
１ｂ’一端が層間より露出する面に層外電極層ｌｉｄを
形成し、前記最終単位の結晶素子１２が得られる。

第１図は第４図りの最終単位の積層形電気光学結晶素子
１２を層外電極層１１ｃ、ｌｉｄを形成した状態を以っ
て示す、接着剤１４は可溶性であり、溶剤にて溶出させ
ることによる上記分離が容易に行える。

前記の如く第４図Ｂに示す二次結晶ブロック１２Ｂにお
いて細長面たるｘ−Ｘ線切断面が光ビームの入出射する
面となり、この面を同二次結晶ブロア１２Ｂの状態にお
いて研磨し平滑とする。

前記ｘ−Ｘ線による切断は該研磨を要する光ビーム入出
射面をより広い面積とし、研磨作業を容易に行わせるこ
とを意図したものである。

この利点を意図しなければ、−次結晶ブロック１２Ａの
状態で先ずＹ−Ｙ線で切断し、次でＸ−Ｘ線で切断する
方法を採ることが可能である。

発明の効果 斯くして得られた第１図乃至第３図に示す積層構造の電
気光学結晶素子は同一外形の非積層形結晶素子に比べ、
著しく低い電圧で駆動することができる。

即ち、直線偏光ビームが電気光学結晶素子を通過する時
、通過の前後で偏光方向を９０″回転せしめるために必
要な印加電圧を半波長電圧と云うが、これは−次電気光
学効果及び二次電気光学効果の場合夫々法の式で表現さ
れる。

入　　ｄ Ｖ＝五丘・τ　　　　（−次電気光学結晶素子）ｖ　＝
ｒ、　ｔ　　　　　（二次電気光学結晶素子）ここでｎ
は屈折率、入は光の波長、ｄは電極間隔、見は結晶の光
路長、ｒ、Ｒは夫々−次及び二次の電気光学定数である
。

一次、二次いずれの場合もｄは小さくなればなる程、見
は大きくなればなる程必要な半波長電圧は低い値となる
。

しかし、電気光学結晶素子は長くなる程、光透過率が減
少するし、又実際の光スィッチや光変調器に応用する時
はファイバーからの光をロフトレンズ等で平行光線にし
て用いる場合が多いが、完全なる平行光線は得られない
ため、光路が長くなる程光損失が大きくなり見はあまり
大きくできない。

又結晶素子中を通るビームの太さはロッドレンズの直径
に比例するため、電気光学結晶素子の断面をビームの太
さより小さくは出来ないためｄをあまり小さくすること
はできない。

然るに、本発明によるｍ暦の積層構造層電気光学結晶素
子は半波長電圧が、 樋 ｖ’＝ω’Ｆ　”　ＴｉＦｔ　　　　（−次電気光学結
晶素子）Ｖ′づ％、４　　　　（二次電気光学結晶素子
）となり、本発明によれば、−次及び二次向れの電気光
学結晶素子においても従来形の素子の★という低い電圧
で駆動し得ることが証明される。

従って１本発明の電源設備は非常に小形となり、専用の
電源設備を設けずに周辺機器と同じ電源を共用させるこ
とも可能となり得る。従って、コストダウンも可能とな
った。

又本発明は上記計算式において説明の通り、光透過率の
悪化を招く電気光学結晶素子の光路長を長くせずに低電
圧駆動できる同素子の提供が可能であり、又光ファイバ
ー、レンズ系等との整合等設計上不利となる電極間隙（
結晶素子の厚み）を必要以上に減少させることなく、取
り扱い易い適切な厚みにして上記低電圧駆動を可能とし
た同素子を提供することができ、電気光学結晶素子にお
ける上記駆動電圧に関する問題解決にて光スィッチ、光
変調器等への活用がより期待できることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す低電圧駆動形電気光学結
晶素子の斜視図、第２図は第１図のｎ−１１線断面図、
第３図は同断面部分の拡大断面図、第４図Ａ乃至りは上
記結晶素子の製造工程と半加工品の構造を示す図であり
、第４図Ａは一次結晶ブロックを一部切欠して示す斜視
図、第４図Ｂは同−次結晶ブロックから切断して得られ
る二次結晶ブロックの斜視図、第４図Ｃは同二次結晶ブ
ロックから切断して得られる三次結晶ブロックの斜視図
、第４図りは該三次結晶ブロックから分離される最終単
位たるＴｒＬ”ｘ光学結晶素子の斜視図、第５図Ａは一
次結晶ブロックのｘ−Ｘ線断面図（即ち二次結晶ブロッ
クの切断面図）、第５図Ｂは二次結晶ブロックのＹ−Ｙ
線断面図（即ち三次結晶ブロックの切断面図）、第６図
Ａは一次結晶ブロックの電気光学結晶片の電極層１１ａ
’を形成した面の平面図、同Ｂは同電極層１１ｂ’を形
成した面の平面図であり、第７図Ａ、Ｂは上記電気光学
結晶素子が活用される光スィッチの一例な各素子の配列
を以って示す斜視図であり、第７図Ａは駆動電圧を印加
しない時、第７図Ｂは同電圧を印加した時の光路切換状
態を示す図である。 １１・・・電気光学結晶片、ｌｌａ・・・子種側の層間
電極層、ｌｌｂ・・・−極側の層間電極層、ｌｌｃ・・
・＋極側の層外電極層、１１ｄ・・・−極側の層外電極
層、１２・・・電気光学結晶素子、１３，１４．１５・
・・接着剤。 第１図 第４図（Ａ） 第６図（＾） Ｙ 第６図（Ｂ） 第７　図（Ａ） 第７図（Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数枚の電気光学結晶片が積層構造となされ、該
   電気光学結晶片の複数の層間に夫々単位電極層が形成さ
   れ、該層間電極層の一部が＋極に接続されると共に、同
   層間電極層の他の一部が−極に夫々接続され、＋極に接
   続の各単位電極層と−極に接続の各単位電極層とが各々
   対向する如く配置されたことを特徴とする低電圧駆動形
   電気光学結晶素子。
2. （２）複数枚の電気光学結晶片が積層構造となされ、該
   電気光学結晶片の複数の層間に電極層が夫々形成され、
   更に上記積層構造体の外側面に一対の＋極と−極を形成
   する層外電極層が対向して形成され、上記層間電極層の
   一部が同層間電極層端部において上記＋極層外電極層に
   接続されると共に、同層間電極層の他の一部が同層間電
   極層端部において上記−極層外電極層に接続され、＋極
   層外電極層に接続の層間電極層と−極層外電極層に接続
   の層間電極層とが各々対向する如く配置されたことを特
   徴とする低電圧駆動形電気光学結晶素子。