JPS6227698B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビーム状の光波の振幅を電気的に変調
したり透過光の光路を電気的に切換える光制御装
置に関する。

光通信システムや光メモリ装置、レーザ記録装
置等の光情報処理システムでは、レーザや発光ダ
イオード等から発生した光波ビームの振幅を、高
速に電気的に変調する光変調器が必要とされる。
また光通信システムでは高速で光路を切換える光
スイツチが必要とされている。従来、光変調器と
しては音響光学効果や電気光学効果を使つた光変
調器が使われているが、結晶の電気光学効果を使
つた光変調器が原理的に最も高速である。

光スイツチには、ミラーを機械的に動かして光
路を切換える方法、音響光学効果により光を回折
させて光路を切換える方法、電気光学効果を用い
た光変調器によつて光の偏光状態を変換し、複屈
折性物質を用いた偏光分離器によつて光路を切換
える方法がある。このうちで結晶の電気光学効果
を用いた光変調器と偏光分離器を使つた光スイツ
チが最も高速である。

結晶の電気光学効果を使つた光変調器には、(1)
電気光学結晶の２つの主軸方向の偏光成分間の位
相遅延量を電気的に制御して光の偏光状態を変換
する光変調器。(2)屈折率楕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な
電界を印加することによつて入射直線偏光を直交
する偏光成分に変換する光変調器等がある。これ
らのうち、１の光変調器は普通、ADP結晶、
KDP結晶、タンタル酸リチウム結晶等の電気光
学定数が大きい結晶を用いて作る。しかし、
ADP結晶やKDP結晶を用いた場合は、結晶に潮
解性があるので取扱いが難しいことや、高い電圧
が必要であるという欠点がある。タンタル酸リチ
ウム結晶を用いた場合は、印加電圧は低くてよい
が、周囲温度が変化したとき、電圧を加えなくて
も偏光状態が変化してしまうので高い消光比が得
られないという欠点がある。このタンタル酸リチ
ウムを用いた１の光変調器では２つの結晶を縦続
して用いることにより温度補償を行なう方法が知
られているが結晶の均質性や高い製作精度を必要
とするので実用的ではない。一方、２の光変調器
は比較的低電圧で動作し、電圧を印加しないとき
の偏光状態は常に一定であるので比較的高い消光
比が得られるという特長がある。しかし、この光
変調器でも電圧は10V以上必要であり、高速で駆
動するためには大きな電力を必要とする。

一方、光通信システムで必要とされる光スイツ
チでは、切換えを行なう２つの光路間のクロスト
ークが小さいことが要求される。すなわち電気光
学効果を使つた光変調器と偏光分離器からなる光
スイツチにおいては、電圧を印加しないときの２
つの光路間の消光比と電圧を印加したときの２つ
の光路間の消光比が共に高いことが必要である。

上述のように電気光学効果を用いた光変調器の
なかでは上記の２の光変調器が低電圧で動作する
こと、温度に対して安定であることから光スイツ
チを構成するために最も優れている。

しかし、上記の２の光変調器では電圧を印加し
たとき、入射直線偏光を直交する偏光成分に100
％近くまで変換するのは実際上困難であるので、
この光変調器を用いた光スイツチで電圧と印加し
たときに２つの光路間の消光比を高くするのは困
難である。

本発明の目的は従来よりも低電圧で入射光を変
調することが可能で、かつ高い消光比で光路を切
換えることが可能な光制御装置を提供することに
ある。

本発明の光制御装置は、光波を互いに直交する
２つの偏光成分に空間的に分離する２つの偏光分
離器を互いに入射面と出射面とが向き合うように
設置し、この偏光分離器の間に電気信号を印加す
ることにより透過光の偏光状態を変調する光変調
器を設置し、少なくとも一方の偏光分離器の外側
（光変調器に対向していない側）でこの偏光分離
器からの２つの出射光のうちの一方の光波の光路
上に光反射器を設置し、一方の偏光成分の光波の
みを１回または複数回前記光変調器に再度通過せ
しめるように構成されている。このような構成の
本発明によれば、従来よりも低電圧で入射光を変
調することが可能で、かつ、高い消光比で光路を
切換えることが可能な光制御装置が得られる。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明による光制御装置の１実施例を示
す斜視図である。第１図においてXY面内のＸ軸
又はＹ軸とは異なる方向に光軸を持ち、Ｙ軸に対
して垂直な入出射面をもつ方解石（偏光分離器）
１及び２が光透過方向に順次配置され、その間
に、Ｙ軸方向に光を透過するように形成したタン
タル酸リチウム上にインターデイジタル電極を用
けた光変調器３が設置される。また、方解石２の
光変調器３とは反対側にミラー４が設置されてい
る。このミラー４は方解石２により分離された２
つの光波のうちの一方の光波の光路上に設置さ
れ、その光波を反射し、再び方解石２に入射させ
るようになつている。

以下に本実施例の動作を説明する。

先ず入射光１１は方解石１を通過することによ
つてＸ軸方向に偏光した光波１２とＺ軸方向に偏
光した光波１３に分離される。方解石中では光波
１２は異常光であり光波１３は常光である。光波
１２は遮光板６によつて除去され、光波１３のみ
が光変調器３に入射する。光変調器３では、接続
された電源５により、電圧が印加されたとき光透
過方向に周期的な電界が生じ、電気光学定数V₅₁
によつて屈折率楕円体の主軸の回転が生じて入射
直線偏光の一部が直交する偏光成分に変換され
る。よつて、Ｚ軸方向に偏光した光波１３は光変
調器を通過することによつてＸ軸方向の偏光成分
を含む光波１４となる。光波１４は、方解石２を
通過することによつてＸ軸方向に偏光した光波１
５とＺ軸方向に偏光した光波１６に分離される。
光波１５はそのまま取り出されるが光波１６はミ
ラー４によつて反射され、光波１７となり再び方
解石２、光変調器３を通過する。このときＺ軸方
向に偏光した光波１７は一部がＸ軸方向の偏光成
分に変換され光波１８となる。光変調器を出射し
た光波１８は方解石１によりＸ軸方向及びＺ軸方
向の偏光成分が分離されて出射し、Ｘ軸方向に偏
光した光波１９が遮光板７によつて除去され、Ｚ
軸方向に偏光した光波２０が取り出される。

本実施例の光制御装置で、電源５の電圧を適当
に選ぶことにより光変調器３の変換効率を90％以
上にすることが可能であるが、100％近い効率を
得る、即ち入射光を完全に光波１５の変換するの
は実際上困難である。従来、光スイツチを構成す
る場合１回だけ光変調器を通過した光波１６と光
波１５を用いていたが、電圧を印加したとき光波
１４中にはＺ軸方向の偏光成分が残つてしまうの
で光波１５と１６の消光比は低い。本実施例にお
いては光波１６を再び光変調器３を通過させるこ
とによつて再度変換を行なつて光波１６に残留す
るエネルギーを除き消光比の高い光スイツチを得
ることができる。例えば光変調器３の変換効率が
90％とすると光波１６には10％のエネルギーが残
つているので光波１５と光波１６の消光比は９：
１である。一方光波２０に残留するエネルギーは
0.1×0.1＝0.01即ち１％であるので光波１５と光
波２０の消光比は90：１となる。また、光波２０
を被変調光とすると、光変調器３がＰの効率をも
つている場合本実施例では１―（１―Ｐ）^２の効
率が得れることになり同じ印加電圧に対してより
高い効率が得られるので従来よりも低電圧で変調
が可能となる。

第２図は本発明による光制御装置の他の実施例
を示す平面図である。第２図において第１図に示
した方解石１，２と同じ形状の方解石２１，２２
の間に第１図の変調器３と同じ構造の光変調器２
３が設置されている。方解石２１，２２中ではｚ
軸方向の偏光成分は常光として直進するがｘ軸方
向の偏光成分は、異常光としｘ軸方向に光路を曲
げられて進む。また、方解石２１，２２の両側に
はＺ軸方向に偏光した光波のみを反射し、Ｘ方向
の異なつた光路に分離されたＸ軸方向に偏光した
光波を通過するようにＸ軸方向の幅が狭いミラー
２４，２５が設置されている。また、ミラー２
４，２５の外側には遮光板２６，２７が設置され
ており、光変調器２３には電源２５が接続されて
いる。

本実施例の動作は第１図の実施例と同様である
が、ただし、本実施例においては、入射光３０を
ミラー２５の横からわずかに斜めに入射し変換さ
れた光波中に残留するＺ方向の偏光成分のみをミ
ラー２４，２５によつてくり返し反射させて非常
に高い変調効率を有する光制御装置を得るもので
ある。例えば１回光変調器２３を通過することに
よつてＰの変調効率が得られるとすると、くり返
し反射させることによつてＮ回前記光変調器中を
通過することによつて出射光中に含まれる偏光変
換されないｚ方向の偏光成分は（１―Ｐ）^Nと非常
に小さな値となり、高い消光比が得られる。よつ
て低電圧でも高い変調効率を有する光制御装置が
得られる。

以上述べたように本発明によれば従来よりも低
電圧で入射光を変調することが可能で、かつ、高
い消光比で光路を切換えることが可能な光制御装
置が得られる。

なお、本発明に用いる光変調器や偏光分離器は
上述の実施例に限定されない。例えば光変調器と
して電気光学結晶の２つの主軸方向の偏光成分間
の位相遅延量を電気的に制御して光の偏光状態を
変換する光変調器を用いても従来よりは低電圧で
高い変調効率を得ることができる。また偏光分離
器の形状としてはプリズム形のものも用いること
ができ、さらに、材質としてはルチル結晶、水晶
等も用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す斜視図、第２
図は他の実施例を示す平面図である。図において
１，２，２１，２２は偏光分離器である方解石、
３，２３は光変調器、４，２４，２５はミラー、
５，は電源である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光波を互いに直交する２つの偏光成分に空間
   的に分離する２つの偏光分離器を、互いに入射面
   と出射面とが向き合うように設置し、この２つの
   偏光分離器の間に、電気信号を印加することによ
   つて透過光の偏光状態を変調する光変調器を設置
   し、少なくとも一方の前記偏光分離器の外側（光
   変調に対向していない側）で当該偏光分離器から
   の２つの出射光波のうちの一方の光波の光路上に
   該偏光成分のみが入射方向からわずかに傾いた角
   度へ反射され、かつ他方の光波には影響を与えな
   いように光反射器を設置し、一方の偏光成分の光
   波のみを１回または、複数回前記光変調器に再度
   通過せしめることを特徴とする光制御装置。