JPS6154207B2 - - Google Patents
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- JPS6154207B2 JPS6154207B2 JP54009293A JP929379A JPS6154207B2 JP S6154207 B2 JPS6154207 B2 JP S6154207B2 JP 54009293 A JP54009293 A JP 54009293A JP 929379 A JP929379 A JP 929379A JP S6154207 B2 JPS6154207 B2 JP S6154207B2
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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
- G02F1/0009—Materials therefor
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)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は特に光束の偏向およびこれを利用する
情報処理の目的に適した音−光素子に関する。こ
の素子はハロゲン化一価水銀の単結晶からなる光
学的異方性媒体中で音波によつて光を回折させる
ことを利用するものである。
情報処理の目的に適した音−光素子に関する。こ
の素子はハロゲン化一価水銀の単結晶からなる光
学的異方性媒体中で音波によつて光を回折させる
ことを利用するものである。
上記目的にこれまで使用された音−光素子の動
作は、適当な音−光媒体中で圧電変換器によつて
誘起された音波によつて光波を回折させる原理に
もとづく。このとき音波の周波数を変化させて光
束の偏向角を変化させ、音波の振幅を変化させて
光束の強度を制御する。音波による回折はまた光
波の偏向も変化させる。光束偏向系および情報処
理系において応用する観点から、音−光素子の最
も重要な性能は回折効率すなわち偏向された光束
対入射光束の強度比および素子の時常数τと周波
数帯幅Δとの積である。この帯幅Δは、一方にお
いて圧電変換器の電気および音についての性能、
他方において音波と光波との相互作用の帯幅によ
つて決定される。この音波と光波との相互作用の
帯幅は、光学的異方性媒体中で偏向された光束の
偏向が変化するいわゆる異常回折を利用して極度
に拡大することができる。光学的単軸媒体におい
て、光軸に対して一般に平行または直角な方向で
横音波を導入し、このとき入射光束の方向は偏向
された光速が光軸に対して直角をなして射出する
ように選択する。
作は、適当な音−光媒体中で圧電変換器によつて
誘起された音波によつて光波を回折させる原理に
もとづく。このとき音波の周波数を変化させて光
束の偏向角を変化させ、音波の振幅を変化させて
光束の強度を制御する。音波による回折はまた光
波の偏向も変化させる。光束偏向系および情報処
理系において応用する観点から、音−光素子の最
も重要な性能は回折効率すなわち偏向された光束
対入射光束の強度比および素子の時常数τと周波
数帯幅Δとの積である。この帯幅Δは、一方にお
いて圧電変換器の電気および音についての性能、
他方において音波と光波との相互作用の帯幅によ
つて決定される。この音波と光波との相互作用の
帯幅は、光学的異方性媒体中で偏向された光束の
偏向が変化するいわゆる異常回折を利用して極度
に拡大することができる。光学的単軸媒体におい
て、光軸に対して一般に平行または直角な方向で
横音波を導入し、このとき入射光束の方向は偏向
された光速が光軸に対して直角をなして射出する
ように選択する。
公知の結晶型を使用する限りは、上記装置は、
音の周波数がギガヘルツの範囲とかなり高いが、
回折効率が低い。
音の周波数がギガヘルツの範囲とかなり高いが、
回折効率が低い。
パラテルライトすなわち二酸化テルルは、結晶
中において光の偏光面の回転が大きいので、異常
回折を行なう回折効果の大きい音−光素子を作る
ことができる。この音−光素子の動作周波数は、
使用する光の波長によつて変化するが、数十メガ
ヘルツの範囲と比較的低い。しかしこの場合に入
射光はほぼ円偏向でなければならない。
中において光の偏光面の回転が大きいので、異常
回折を行なう回折効果の大きい音−光素子を作る
ことができる。この音−光素子の動作周波数は、
使用する光の波長によつて変化するが、数十メガ
ヘルツの範囲と比較的低い。しかしこの場合に入
射光はほぼ円偏向でなければならない。
回転させた二酸化テルルにおける異常回折を利
用する音−光偏向装置も報告されている。音波は
二酸化テルル結晶中で、振動方向が〔110〕のと
き、面〔110〕において〔110〕の方向から角度6
゜だけ傾斜した方向に伝搬する。この装置は相互
作用の効率が高く、周波数帯の中央において回折
効率を減少させることがない。しかしこの偏向装
置の欠点は音波の群速度の方向が正常の波から大
きい角度すなわち51.3゜をなして傾斜することで
あつて、その結果この偏向装置を作るには極めて
大きい体積の結晶を必要とする。さらに二酸化テ
ルルで作つた偏向装置は波長が5μを超える赤外
領域において使用することができない。また他の
欠点として、所定の寸法および品質を有する二酸
化テルル単結晶は価格が比較的高い。さらに他の
欠点として縦音波による回折の回折効果を決定す
る音−光品質因子M2の値がどちらかというと小
さくて、横音波による回折の場合の値の約30分の
1である。
用する音−光偏向装置も報告されている。音波は
二酸化テルル結晶中で、振動方向が〔110〕のと
き、面〔110〕において〔110〕の方向から角度6
゜だけ傾斜した方向に伝搬する。この装置は相互
作用の効率が高く、周波数帯の中央において回折
効率を減少させることがない。しかしこの偏向装
置の欠点は音波の群速度の方向が正常の波から大
きい角度すなわち51.3゜をなして傾斜することで
あつて、その結果この偏向装置を作るには極めて
大きい体積の結晶を必要とする。さらに二酸化テ
ルルで作つた偏向装置は波長が5μを超える赤外
領域において使用することができない。また他の
欠点として、所定の寸法および品質を有する二酸
化テルル単結晶は価格が比較的高い。さらに他の
欠点として縦音波による回折の回折効果を決定す
る音−光品質因子M2の値がどちらかというと小
さくて、横音波による回折の場合の値の約30分の
1である。
またハロゲン化一価水銀の単結晶からなる音−
光素子もDobrzhanskii等(チエコスロバキア発
明者証第170007号)が報告している。この素子は
縦音波および横音波のいずれについても音−光品
質因子M2の値が高く、かつ波長が5μを超える
赤外領域においても光を透過させる。しかしこの
素子の欠点として、音波の伝搬速度が遅いので、
十分な周波数帯幅を得るには極めて小型の圧電変
換器を使用しなければならない。従つて圧電変換
器によつて生ずる音波の強度に対する要求が極め
て厳格となる。
光素子もDobrzhanskii等(チエコスロバキア発
明者証第170007号)が報告している。この素子は
縦音波および横音波のいずれについても音−光品
質因子M2の値が高く、かつ波長が5μを超える
赤外領域においても光を透過させる。しかしこの
素子の欠点として、音波の伝搬速度が遅いので、
十分な周波数帯幅を得るには極めて小型の圧電変
換器を使用しなければならない。従つて圧電変換
器によつて生ずる音波の強度に対する要求が極め
て厳格となる。
またC,Ba〓rta等の純粋または混合したハロ
ゲン化一価水銀の単結晶からなる音−光素子は単
結晶を次のごとく処理して製造する。相対する対
の第1および第2の面の少なくとも1つの面が結
晶軸〔HKO〕のまわりに結晶の光軸〔001〕の方
向から角度0.1〜15.0°だけ傾斜した方向に対し
て直角となり、かつ第3の結晶面に前記面に対し
て直角をなす音波の音源を設ける。この音−光素
子は、従来公知の素子と比較して、明らかに有利
であるが、所望しない方向に光波が副次的に回折
することを抑制できないので、音−光素子の周波
数帯において回折効率が低下する。
ゲン化一価水銀の単結晶からなる音−光素子は単
結晶を次のごとく処理して製造する。相対する対
の第1および第2の面の少なくとも1つの面が結
晶軸〔HKO〕のまわりに結晶の光軸〔001〕の方
向から角度0.1〜15.0°だけ傾斜した方向に対し
て直角となり、かつ第3の結晶面に前記面に対し
て直角をなす音波の音源を設ける。この音−光素
子は、従来公知の素子と比較して、明らかに有利
であるが、所望しない方向に光波が副次的に回折
することを抑制できないので、音−光素子の周波
数帯において回折効率が低下する。
本発明の目的は上記欠点を解消することであ
る。
る。
本発明の上記目的は、純粋又は混合したハロゲ
ン化一価水銀の単結晶からなる音−光素子であつ
て、相対する対の第1および第2の面の少なくと
も1つの面が、結晶軸〔KO〕のまわりに結晶
の光軸〔001〕から角度αすなわち0.2〜20.0゜だ
け傾斜した方向に対して直角となるように、かつ
第3の面が結晶軸〔KO〕のまわりに結晶面
(HKO)から前記角度αだけ傾斜するように、前
記単結晶を切り、前記第3の面に結晶軸〔K
O〕の方向に振動する横音波の音源を設け、かつ
光波が入射したり射出したりするように前記相対
する対の第1および第2の面を研摩してなること
を特徴とする音−光素子によつて達成することが
できる。
ン化一価水銀の単結晶からなる音−光素子であつ
て、相対する対の第1および第2の面の少なくと
も1つの面が、結晶軸〔KO〕のまわりに結晶
の光軸〔001〕から角度αすなわち0.2〜20.0゜だ
け傾斜した方向に対して直角となるように、かつ
第3の面が結晶軸〔KO〕のまわりに結晶面
(HKO)から前記角度αだけ傾斜するように、前
記単結晶を切り、前記第3の面に結晶軸〔K
O〕の方向に振動する横音波の音源を設け、かつ
光波が入射したり射出したりするように前記相対
する対の第1および第2の面を研摩してなること
を特徴とする音−光素子によつて達成することが
できる。
結晶軸〔HKO〕の方向を〔110〕の方向に平行
とし、結晶軸〔KO〕の方向を〔110〕の方向
に平行とし、かつ結晶面(HKO)を面110に平行
とすることが好ましい。
とし、結晶軸〔KO〕の方向を〔110〕の方向
に平行とし、かつ結晶面(HKO)を面110に平行
とすることが好ましい。
さらに、結晶軸〔HKO〕の方向を〔100〕の方
向に平行とし、かつ結晶軸〔KO〕の方向を
〔010〕の方向に平行とすることが好ましい。
向に平行とし、かつ結晶軸〔KO〕の方向を
〔010〕の方向に平行とすることが好ましい。
本発明の音−光素子の利点として、この素子は
音−光品質因子の値が高いと同時に、ハロゲン化
一価水銀結晶の光学的および弾性学的異方性が高
いことであつて、その結果音−光素子の特性を実
質的に改良することができる。
音−光品質因子の値が高いと同時に、ハロゲン化
一価水銀結晶の光学的および弾性学的異方性が高
いことであつて、その結果音−光素子の特性を実
質的に改良することができる。
本発明の音−光素子の他の利点としては、遅い
横音波を使用した場合に二酸化テルル結晶素子よ
りも信号の持続性が長い。
横音波を使用した場合に二酸化テルル結晶素子よ
りも信号の持続性が長い。
本発明の音−光素子のまた他の利点として、従
来報告された音−光素子よりも寸法が小さい結晶
から、これと同様な諸特性を有する素子を作るこ
とができる。たとえば、平均周波数70MHzにおい
て光束直径40mm、相互作用領域の長さ10mmの性能
を有する音−光素子を作るために、二酸化テルル
結晶から作つた音−光素子は、光の伝搬方向の長
さが少なくとも63mmの単結晶を使用するが、本発
明の素子は、音−光媒体として塩化第一水銀の単
結晶を使用すると、その光の伝搬方向の長さが僅
かに12〜15mmであればよい。
来報告された音−光素子よりも寸法が小さい結晶
から、これと同様な諸特性を有する素子を作るこ
とができる。たとえば、平均周波数70MHzにおい
て光束直径40mm、相互作用領域の長さ10mmの性能
を有する音−光素子を作るために、二酸化テルル
結晶から作つた音−光素子は、光の伝搬方向の長
さが少なくとも63mmの単結晶を使用するが、本発
明の素子は、音−光媒体として塩化第一水銀の単
結晶を使用すると、その光の伝搬方向の長さが僅
かに12〜15mmであればよい。
本発明の音−光素子の利点を、前記チエコスロ
バキア発明者証第170007号によるハロゲン化第一
水銀で作つた音−光素子と比較すれば、この結晶
の光学的異方性を利用して異常回折領域で動作さ
せることである。この領域は他の諸特性を同一に
した場合に、音波と光波との相互作用領域の長さ
を数倍に拡大し、これによつて高周波を電気的に
発振する入力電力を減少させることができ、また
長さおよび入力を同一とした場合に、周波数帯幅
を数倍に拡大し、これに応じて帯幅および長さの
両方を拡大することができる。
バキア発明者証第170007号によるハロゲン化第一
水銀で作つた音−光素子と比較すれば、この結晶
の光学的異方性を利用して異常回折領域で動作さ
せることである。この領域は他の諸特性を同一に
した場合に、音波と光波との相互作用領域の長さ
を数倍に拡大し、これによつて高周波を電気的に
発振する入力電力を減少させることができ、また
長さおよび入力を同一とした場合に、周波数帯幅
を数倍に拡大し、これに応じて帯幅および長さの
両方を拡大することができる。
本発明の音−光素子として臭化第一水銀の単結
晶から作り、その傾斜角をα=2゜25′とする
と、相互作用領域の長さ9.5mm、平均周波数40M
Hz、かつ周波数帯幅15MHzであつて、これに対し
て前記発明者証による初期の音−光素子は帯幅を
同一とするために、長さを約10分の1に短かくす
る必要がある。また前記発明者証の音−光素子と
比較して、本発明の音−光素子においては、高周
波入力が9分の1に減少し、圧電変換器によつて
生ずる音波のエネルギー強度および圧電変換器の
動作に付随する電気的および熱的の負荷が81分の
1に減少する。
晶から作り、その傾斜角をα=2゜25′とする
と、相互作用領域の長さ9.5mm、平均周波数40M
Hz、かつ周波数帯幅15MHzであつて、これに対し
て前記発明者証による初期の音−光素子は帯幅を
同一とするために、長さを約10分の1に短かくす
る必要がある。また前記発明者証の音−光素子と
比較して、本発明の音−光素子においては、高周
波入力が9分の1に減少し、圧電変換器によつて
生ずる音波のエネルギー強度および圧電変換器の
動作に付随する電気的および熱的の負荷が81分の
1に減少する。
本発明の音−光素子の利点を、前記C.Ba〓rta
等の音−光素子と比較すれば、望まない方向に光
が副次的に回折しないので、回折効率の周波数依
存性の均一性が大きい。
等の音−光素子と比較すれば、望まない方向に光
が副次的に回折しないので、回折効率の周波数依
存性の均一性が大きい。
本発明の音−光素子は、データ記録系、大面積
のレーザーデイスプレー、ホログラフ記憶および
信号圧縮、整合波および相関などの光学的情報
処理系その他において光束を偏向させるために使
用する。
のレーザーデイスプレー、ホログラフ記憶および
信号圧縮、整合波および相関などの光学的情報
処理系その他において光束を偏向させるために使
用する。
次に添付図面を参照しながら、本発明の音−光
素子の2つの実施例を説明する。
素子の2つの実施例を説明する。
第1図において音波源4はニオブ酸リチウム、
よう素酸リチウム、タンタル酸リチウム、二酸化
けい素等の単結晶を研摩して作つた圧電変換器で
あつて、その形はたとえば平板であつて、その厚
みは発振する超音波の周波数によつて変化し、ま
た結晶学的配向は発振する超音波の種類によつて
決定する。この研摩した単結晶板には電極7,
7′を付ける。上記音波源は音波の減衰が小さい
材料、たとえば融解石英のごとき材料からなる板
およびプリズムの組合せとすることもできる。こ
のプリズムはたとえばエポキシ樹脂によつて単結
晶の頂部に取りつけ、プリズムの上にハロゲン化
第一水銀単結晶のごとき圧電材料の板を設ける。
音波源4が単なる板である場合にはその底面を研
摩する。
よう素酸リチウム、タンタル酸リチウム、二酸化
けい素等の単結晶を研摩して作つた圧電変換器で
あつて、その形はたとえば平板であつて、その厚
みは発振する超音波の周波数によつて変化し、ま
た結晶学的配向は発振する超音波の種類によつて
決定する。この研摩した単結晶板には電極7,
7′を付ける。上記音波源は音波の減衰が小さい
材料、たとえば融解石英のごとき材料からなる板
およびプリズムの組合せとすることもできる。こ
のプリズムはたとえばエポキシ樹脂によつて単結
晶の頂部に取りつけ、プリズムの上にハロゲン化
第一水銀単結晶のごとき圧電材料の板を設ける。
音波源4が単なる板である場合にはその底面を研
摩する。
実施例 1
本発明の音−光素子は塩化第一水銀の単結晶1
からなり、その相対する対の面2,2′の少なく
とも1つの面は、〔110〕に等しい結晶軸〔K
O〕のまわりに、結晶の光軸方向から角度α=4
゜だけ傾斜した方向に対して垂直である。この結
晶の第3の面3は〔110〕に等しい結晶軸〔K
O〕のまわりに、110に等しい結晶面(HKO)か
ら同じ角度α=4゜だけ傾斜し、この第3の面3
は、〔110〕に平行な振動方向を有する横音波6の
音源4を有する。相対する対の面2,2′は光波
の入射口5と射出口5′とするために研摩する。
音−光素子の第3の面はこの操作のためには研摩
する必要はないが、研摩する方が有利な場合もあ
る。
からなり、その相対する対の面2,2′の少なく
とも1つの面は、〔110〕に等しい結晶軸〔K
O〕のまわりに、結晶の光軸方向から角度α=4
゜だけ傾斜した方向に対して垂直である。この結
晶の第3の面3は〔110〕に等しい結晶軸〔K
O〕のまわりに、110に等しい結晶面(HKO)か
ら同じ角度α=4゜だけ傾斜し、この第3の面3
は、〔110〕に平行な振動方向を有する横音波6の
音源4を有する。相対する対の面2,2′は光波
の入射口5と射出口5′とするために研摩する。
音−光素子の第3の面はこの操作のためには研摩
する必要はないが、研摩する方が有利な場合もあ
る。
入射光波5は面110に沿つて音−光素子中を伝
搬して異常に偏向する、すなわちその電界強度の
ベクトルは光波の伝搬方向および結晶の光軸方向
によつて規定される平面にある。音−光素子中の
光波5の回折は面110においておきる。回折した
光波5′は通常に偏向する。すなわちその電界強
度のベクトルは光波の伝搬方向および結晶の光軸
〔001〕の方向によつて規定される平面に対して垂
直である。もし音−光相互作用がない場合には、
光波は5″の方向に射出する。
搬して異常に偏向する、すなわちその電界強度の
ベクトルは光波の伝搬方向および結晶の光軸方向
によつて規定される平面にある。音−光素子中の
光波5の回折は面110においておきる。回折した
光波5′は通常に偏向する。すなわちその電界強
度のベクトルは光波の伝搬方向および結晶の光軸
〔001〕の方向によつて規定される平面に対して垂
直である。もし音−光相互作用がない場合には、
光波は5″の方向に射出する。
実施例 2
本発明の音−光素子は実施例1の配置に類似し
ているが、結晶軸〔HKO〕が〔100〕の方向に平
行であり、〔KO〕が〔010〕の方向に平行であ
るように、結晶を切る。
ているが、結晶軸〔HKO〕が〔100〕の方向に平
行であり、〔KO〕が〔010〕の方向に平行であ
るように、結晶を切る。
第1図は本発明の音−光素子の説明図である。
1……単結晶、2,2′……相対する対の面、
3……第3の面、4……音源、5……入射光、
5′,5″……射出光、6……音波、7,7′……
電極。
3……第3の面、4……音源、5……入射光、
5′,5″……射出光、6……音波、7,7′……
電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 1つまたは複数のハロゲンの一価水銀塩の単
結晶からなる音−光素子であつて、相対する対の
第1および第2の面2,2′の少なくとも1つの
面が、結晶軸〔KO〕のまわりに、結晶の光軸
〔001〕から角度αすなわち0.2〜20.0゜だけ傾斜
した方向に対して直角となるように、かつ第3の
面が結晶軸〔KO〕のまわりに結晶面
(HKO)から前記角度αだけ傾斜するように、前
記単結晶を切り、前記第3の面に結晶軸〔K
O〕の方向に振動する横音波の音源4を設け、か
つ光波が入射したり射出したりするように前記相
対する対の第1および第2の面2,2′を研摩し
てなることを特徴とする音−光素子。 2 結晶軸〔HKO〕の方向が〔110〕の方向に平
行であり、結晶軸〔KO〕の方向が、〔110〕の
方向に平行であり、かつ結晶面(HKO)が面110
に平行である、特許請求の範囲第1項記載の音−
光素子。 3 結晶軸〔HKO〕の方向が、〔100〕の方向に
平行であり、かつ結晶軸〔KO〕の方向が、
〔010〕の方向に平行である、特許請求の範囲第1
項記載の音−光素子。
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---|---|---|---|
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---|---|
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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