JPS6212489B2 - - Google Patents
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- JPS6212489B2 JPS6212489B2 JP9404079A JP9404079A JPS6212489B2 JP S6212489 B2 JPS6212489 B2 JP S6212489B2 JP 9404079 A JP9404079 A JP 9404079A JP 9404079 A JP9404079 A JP 9404079A JP S6212489 B2 JPS6212489 B2 JP S6212489B2
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- piezoelectric crystal
- crystal plate
- acousto
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電気信号に応じて光ビームの強度を変
調する光変調器、特に音波による光の回折効果を
利用した超音波光変調器に関するものである。
調する光変調器、特に音波による光の回折効果を
利用した超音波光変調器に関するものである。
超音波光変調器は、高速に動作する他の光変調
器に較べて動作電圧が低く、周囲温度の変化に対
して安定であり、高い消光比が得られるなどの利
点をもつている。このためレーザ光を使つた各種
の記録装置や表示装置などに広く用いられてい
る。
器に較べて動作電圧が低く、周囲温度の変化に対
して安定であり、高い消光比が得られるなどの利
点をもつている。このためレーザ光を使つた各種
の記録装置や表示装置などに広く用いられてい
る。
超音波光変調器の能率良く使用できる変調信号
の帯域幅は、それ程広くなく、変調光の立上り立
下り時間にして最小20〜30ns程度である。変調
速度を制約する理由は以下に述べるように理解さ
れている。すなわち、変調を施すレーザ光がビー
ム径2Woのガウスビーム（Woは光のパワー密度
が中心の１／e2となる半径）としたとき、変調さ
れた光の立上り時間ｔは最小ｔ〓1.3Wo／Ｖで与
えられる。
の帯域幅は、それ程広くなく、変調光の立上り立
下り時間にして最小20〜30ns程度である。変調
速度を制約する理由は以下に述べるように理解さ
れている。すなわち、変調を施すレーザ光がビー
ム径2Woのガウスビーム（Woは光のパワー密度
が中心の１／e2となる半径）としたとき、変調さ
れた光の立上り時間ｔは最小ｔ〓1.3Wo／Ｖで与
えられる。
ここで、Ｖは媒体の音波の速度である。変調速
度を高めるには光のビーム径Woを小さくすれば
よいが、これを小さくするとガウスビームのもつ
広がり角が増大する。広がり角はλ／（ｎ・π・
Wo）である。ここでλは光の真空中での波長、
ｎは媒体の屈折率である。超音波光変調器に入射
する入射光のもつ角度成分全域にわたつてブラツ
グ条件が満たされないと、この条件に合致する角
度の光波成分のみが回折される。このため変調速
度を高めようとするために入射光ビームを絞り込
むと、変調光の出射パターンはガウス形状から変
移し、また回折効率も低下する。
度を高めるには光のビーム径Woを小さくすれば
よいが、これを小さくするとガウスビームのもつ
広がり角が増大する。広がり角はλ／（ｎ・π・
Wo）である。ここでλは光の真空中での波長、
ｎは媒体の屈折率である。超音波光変調器に入射
する入射光のもつ角度成分全域にわたつてブラツ
グ条件が満たされないと、この条件に合致する角
度の光波成分のみが回折される。このため変調速
度を高めようとするために入射光ビームを絞り込
むと、変調光の出射パターンはガウス形状から変
移し、また回折効率も低下する。
これを防ぐためには、光ビームに作用する音波
の広がり角を増大させ光の広がり角に同程度及至
それ以上とすればよい。このためには、音響光学
変調媒体中に音波を励起する圧電結晶板の光の進
行方向への長さを短くしなければならない。例え
ば著名な音響光学結晶であるモリブデン酸鉛結晶
を音響光学変調媒体に用い、音波の周波数を
200MHzとしたときに、変調光に立上り時間10ns
以下の変調速度を確保するには、前述の圧電結晶
板の長さは２〜３mm以下と短くしなければならな
い。ところが回折効率は周知の如く圧電結晶板の
長さすなわち作用長に比例する。このため高い変
調光の強度を得るためには、より高い音波駆動パ
ワーを必要とする。またこの音波の光に対する作
用長を減少させることは、回折格子としては厚さ
を薄くすることと等価であり、このため回折現象
はブラツク反射からラマンナース回折に近づく。
このため音波パワーを増大させても理論的に到達
し得る最高の回折効率も、前記の作用長の長い場
合に比し低下する。音波波面に広い角度成分をも
たせしかも作用長を減少させない方法として、音
響光学変調媒体中に円筒波を励起する方法があ
る。この方法によれば比較的高速度の超音波光変
調器が実現できる。しかしながらこの目的のため
には音響光学変調媒体の圧電結晶板を設ける表面
を円筒面に仕上げなければならない。このような
面に設けることのできる高周波の圧電結晶板は、
蒸着やスパツタリング法などによつて作成する圧
電薄膜圧電結晶板に限られる。通常の圧電結晶板
を曲面上に接着することは非常に困難である。こ
のためLiNbO3結晶等のように圧電高結合の材料
を、用いることができず、駆動電力の増大が避け
難い。また制作の難度が増す。このように従来の
超音波光変調器では高速で高能率に動作する素子
を得ることが困難である。
の広がり角を増大させ光の広がり角に同程度及至
それ以上とすればよい。このためには、音響光学
変調媒体中に音波を励起する圧電結晶板の光の進
行方向への長さを短くしなければならない。例え
ば著名な音響光学結晶であるモリブデン酸鉛結晶
を音響光学変調媒体に用い、音波の周波数を
200MHzとしたときに、変調光に立上り時間10ns
以下の変調速度を確保するには、前述の圧電結晶
板の長さは２〜３mm以下と短くしなければならな
い。ところが回折効率は周知の如く圧電結晶板の
長さすなわち作用長に比例する。このため高い変
調光の強度を得るためには、より高い音波駆動パ
ワーを必要とする。またこの音波の光に対する作
用長を減少させることは、回折格子としては厚さ
を薄くすることと等価であり、このため回折現象
はブラツク反射からラマンナース回折に近づく。
このため音波パワーを増大させても理論的に到達
し得る最高の回折効率も、前記の作用長の長い場
合に比し低下する。音波波面に広い角度成分をも
たせしかも作用長を減少させない方法として、音
響光学変調媒体中に円筒波を励起する方法があ
る。この方法によれば比較的高速度の超音波光変
調器が実現できる。しかしながらこの目的のため
には音響光学変調媒体の圧電結晶板を設ける表面
を円筒面に仕上げなければならない。このような
面に設けることのできる高周波の圧電結晶板は、
蒸着やスパツタリング法などによつて作成する圧
電薄膜圧電結晶板に限られる。通常の圧電結晶板
を曲面上に接着することは非常に困難である。こ
のためLiNbO3結晶等のように圧電高結合の材料
を、用いることができず、駆動電力の増大が避け
難い。また制作の難度が増す。このように従来の
超音波光変調器では高速で高能率に動作する素子
を得ることが困難である。
本発明の目的は上記の難点を除去した高速で高
能率の超音波光変調器を提供することにある。
能率の超音波光変調器を提供することにある。
本発明の詳細を図面によつて説明する。
第１図は本発明の一実施例の構造を示す図であ
つて、１は音響光学変調媒体、２は該音響光学変
調媒体に音波を励振する圧電結晶板である。該圧
電結晶板は、厚さは等しいが音速の異なる２種類
の金属５，６を介して前記音響光学変調媒体に接
着されている。２種類の金属５と６とは同一の厚
さで音波にたいしてπ／２の位相差を与えるよう
に選ばれている。各金属の中心位置は等間隔に配
置せられている。すなわち、圧電変換子がアレイ
状に形成されている。各金属の種類、配列順序等
は第１１図に示すように軸ABを対称軸として軸
対称になるように配置されている。圧電結晶板の
上下面に高周波電界を印加する電極３，４を図の
ように分割し設けることによつて、各変換子片に
印加される電界の方向は図中７で示すように、２
つ毎に反対方向を向くように設定される。この電
界の向きと、前述の金属層の音速の違いとによつ
て、９の部位から発せられる音波の位相は８の部
位からのそれよりπ／２進み、１０の部位からの
それよりπ／２遅れていることになる。これによ
つて音響光学変調媒体中には、圧電結晶板２に平
行な波面の他に各変換子片から発せられる音波束
の等位相面を結んだ擬似波面１１，１２が、前記
圧電結晶板に平行な波面と角度を有して形成され
る。この音波によつて回折された光１４の、この
音波への入射角度θにたいする強度の変化は、第
２図ｂのように、多峰特性を示し、圧電結晶板２
を同一の電界で励起し、単一種類の接着物で接着
した従来の超音波光変調器の同様な特性、第２図
ａの場合に較べて、入射角の許容幅が３倍に増大
する。このため、第１図に示した入射光１３は、
より集束した形で入射させることができる。従つ
て、前述の如く変調速度を増大させることができ
る。
つて、１は音響光学変調媒体、２は該音響光学変
調媒体に音波を励振する圧電結晶板である。該圧
電結晶板は、厚さは等しいが音速の異なる２種類
の金属５，６を介して前記音響光学変調媒体に接
着されている。２種類の金属５と６とは同一の厚
さで音波にたいしてπ／２の位相差を与えるよう
に選ばれている。各金属の中心位置は等間隔に配
置せられている。すなわち、圧電変換子がアレイ
状に形成されている。各金属の種類、配列順序等
は第１１図に示すように軸ABを対称軸として軸
対称になるように配置されている。圧電結晶板の
上下面に高周波電界を印加する電極３，４を図の
ように分割し設けることによつて、各変換子片に
印加される電界の方向は図中７で示すように、２
つ毎に反対方向を向くように設定される。この電
界の向きと、前述の金属層の音速の違いとによつ
て、９の部位から発せられる音波の位相は８の部
位からのそれよりπ／２進み、１０の部位からの
それよりπ／２遅れていることになる。これによ
つて音響光学変調媒体中には、圧電結晶板２に平
行な波面の他に各変換子片から発せられる音波束
の等位相面を結んだ擬似波面１１，１２が、前記
圧電結晶板に平行な波面と角度を有して形成され
る。この音波によつて回折された光１４の、この
音波への入射角度θにたいする強度の変化は、第
２図ｂのように、多峰特性を示し、圧電結晶板２
を同一の電界で励起し、単一種類の接着物で接着
した従来の超音波光変調器の同様な特性、第２図
ａの場合に較べて、入射角の許容幅が３倍に増大
する。このため、第１図に示した入射光１３は、
より集束した形で入射させることができる。従つ
て、前述の如く変調速度を増大させることができ
る。
本実施例第１図の構造の超音波光変調器は具体
的には次のようにして実現される。予め研磨せら
れたガラスや誘電体結晶の一面に金属５としてニ
ツケル、金属６としてインジウムを３μｍ程度真
空蒸着のような手段によつて設け、圧電結晶板２
を樹脂等で接着し、研磨等の手段によつてその厚
さを10〜20μｍ程度に減じ、上面の電極４を再び
蒸着等によつて設ける。この超音波光変調器を
300MHzの高周波で駆動することによつて所望の
波面が形成される。
的には次のようにして実現される。予め研磨せら
れたガラスや誘電体結晶の一面に金属５としてニ
ツケル、金属６としてインジウムを３μｍ程度真
空蒸着のような手段によつて設け、圧電結晶板２
を樹脂等で接着し、研磨等の手段によつてその厚
さを10〜20μｍ程度に減じ、上面の電極４を再び
蒸着等によつて設ける。この超音波光変調器を
300MHzの高周波で駆動することによつて所望の
波面が形成される。
尚、本実施例では音響的な位相の違いを与える
層としてニツケル、インジウムの金属を用いて説
明したが、ニツケルの代りに金属以外の誘電体、
酸化亜鉛や酸化シリコン等を用いてもよい。そし
て圧電結晶板を接着する方法は有機接着剤によら
ず、前記位相を異ならしめる層の上にインジウム
を蒸着し謂ゆるインジウム圧着法によつてもよ
い。また、本実施例では２種類の金属層を用いて
隣りあう変換子片間から発せられる音波の位相を
π／２異ならしめる場合について説明したが、こ
の位相差のステツプを更に細かくするために、多
種類の音速の異なる金属や誘電体を用いてもよ
い。
層としてニツケル、インジウムの金属を用いて説
明したが、ニツケルの代りに金属以外の誘電体、
酸化亜鉛や酸化シリコン等を用いてもよい。そし
て圧電結晶板を接着する方法は有機接着剤によら
ず、前記位相を異ならしめる層の上にインジウム
を蒸着し謂ゆるインジウム圧着法によつてもよ
い。また、本実施例では２種類の金属層を用いて
隣りあう変換子片間から発せられる音波の位相を
π／２異ならしめる場合について説明したが、こ
の位相差のステツプを更に細かくするために、多
種類の音速の異なる金属や誘電体を用いてもよ
い。
以上に述べたように、本発明によれば、高速高
能率の超音波光変調器が得られる。
能率の超音波光変調器が得られる。
第１図は本発明の一実施例で、１は音響光学変
調媒体、２は圧電結晶板、５，６は音波に位相の
違いを与える金属層である。第２図は回折光の入
射角度特性を示す図で、ａは従来の超音波光変調
器における特性、ｂは本実施例における特性を示
す。
調媒体、２は圧電結晶板、５，６は音波に位相の
違いを与える金属層である。第２図は回折光の入
射角度特性を示す図で、ａは従来の超音波光変調
器における特性、ｂは本実施例における特性を示
す。
Claims (1)
- １ 音響光学変調媒体と圧電結晶板との間に音速
の異なる複数の弾性体を、光透過方向に中心対称
に配列して有することを特徴とする超音波光変調
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9404079A JPS5619029A (en) | 1979-07-24 | 1979-07-24 | Ultrasonic light modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9404079A JPS5619029A (en) | 1979-07-24 | 1979-07-24 | Ultrasonic light modulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5619029A JPS5619029A (en) | 1981-02-23 |
| JPS6212489B2 true JPS6212489B2 (ja) | 1987-03-19 |
Family
ID=14099446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9404079A Granted JPS5619029A (en) | 1979-07-24 | 1979-07-24 | Ultrasonic light modulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5619029A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2546264B2 (ja) * | 1987-03-31 | 1996-10-23 | 日本電気株式会社 | 自動利得制御回路 |
| JPH03107928A (ja) * | 1989-09-22 | 1991-05-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 音響光学素子及びその製造方法 |
-
1979
- 1979-07-24 JP JP9404079A patent/JPS5619029A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5619029A (en) | 1981-02-23 |
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