JPS63118712A - 音響光学素子 - 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、音響光学素子に関するものである。

従来の技術 音響光学素子（以下ム０素子と略記する）は、超音波伝
ばん媒質中に、超音波を伝ばんさせ、上記超音波伝ばん
媒質を超音波の波長の周期で歪ませることにより光学位
相格子を形成し、回折光を発生させるものである。そし
て超音波の強度を電気的に制御できるように、超音波ト
ランスジューサとして圧電材料等を採用することにより
、電気信号で回折光強度を変化させ、光強度の制御に使
用することができる。

第２図はムＯ素子の原理図である。構造は、音響光学媒
体（以下ム０媒体と略記する）１の主面に超音波トラン
スジューサ２が設けてあり、上記主面と対向する面は、
主面に対し傾斜させることにより、上記超音波トランス
ジューサ２から放射された超音波が、上記ム０媒体１中
の同じ経路を伝ばんしないようになっている。

また、上記主面と交差する面は鏡面仕上げがなされ、光
を入出射できるようになっている。

超音波トランスジューサ２は、これに接続された駆動電
源６により励振され、ム０媒体１中に超音波束７を放射
する。ＡＯ媒体は上記超音波束７により超音波波長Ａの
周期で疎密状態領域が形成され光学位相格子として働く
ようになる。尚、超音波波長Ａは、次式で求めることが
できる〇Ａ＝マ／ｆ マ：ム０媒体中の音速 ｆ：駆動電源の周波数 以上で形成された光学位相格子に、ブラッグ条件を満足
するように、上記ム０媒体１に設けられた一方の鏡面か
ら入射光８を導入すれば、回折光１０が発生する。透過
光９と回折光１０とのなす分離角０は次式で決定される
。

θキλ／Ａ＝λ・ｆ／マ λ：入射光波長 このようにして、駆動電源をオン・オフすれば回折光を
発生させたり、止めたりすることができ、光の制御を電
気的に行なえることになる。また駆動電源の出力をアナ
ログ的に変化させれば、回折光量もアナログ的に変化す
るので、光量の変化をもつけることができる。

発明が解決しようとする問題点 このようにム０素子は、機械的可動部が無く、電気信号
を制御するだけで光を制御することができるので、レー
ザプリンタなどの光記録の分野で用いられている。

以上のようなム０素子の特性を充分発揮させ、高速の光
変調を行なうためには、光と超音波とが干渉する時間を
短くしてやれば良い。光と超音波との干渉する時間は伝
ばんしている超音波が、入射光束を横ぎるに要する時間
であるといえる。

人Ｏ媒体を決定してしまうと超音波の音速は一定である
ため、高速動作を行なうためには入射光束のビーム径を
小さくしてやれば良いことになる。

ところが入射光束のビーム径を小さくすると、超音波ト
ランスジューサから放射された超音波束が回折により音
場が一様でなくなるため、入射光束の入射位置により回
折効率が変化する現象が回折光量に顕著にあられれてく
る。（入射光束のビーム径が大きい場合は、音場の不均
一性が平均化されるので、影響は少ない。） 一般にム０素子の光入射位置は超音波がフレネル回折を
おこしている領域に相当するので、超束波束の中央で超
音波強度が小さくなるため、入射光束を超音波束の中央
に入射すると、高い回折効率が得られなくなり、実用上
大きな問題となっていた。

本発明はこのような問題点を解決するもので、高い回折
効率を得ることを目的とする。

問題点を解決するための手段 そこで、本発明は、主面に共通電極を設けるとともに上
記主面と交差する２つの対向する鏡面を設けたム０媒体
と、上記共通電極にはり合わせた超音波トランスジュー
サと、この超音波トランスジューサのはり合わせ面と対
向する背面に設けた背面電極と、この背面電極の上に設
けた厚み分布を有するスズと鉛、または銅を主成分とす
る金属材料から成る超音波制御層とを有する構造とした
ものである。

作用 上記超音波制御層は、スズと鉛とを主成分とする金属材
料かも成り、厚みが２μｍから上記超音波トランスジュ
ーサが放射する超音波の波長の４分の１の範囲で任意の
厚み分布をもたせ、上記超音波トランスジューサの背面
電極に密着して設けである。

超音波トランスジューサから放射される超音波は、半分
は直接ムＯ媒体中に伝ばんするが、残りは上記超音波制
御層に放射される。上記超音波制御層に放射された超音
波は、電極との密着面と対向する面で反射し、再び超音
波トランスジューサに戻り、超音波トランスジューサか
ら直接ム０媒体に放射する超音波に重畳され、ム０媒体
中を伝ばんする。このとき重畳される超音波は上記超音
波制御層を往復する分だけ位相がズしているので、事実
上超音波トランスジューサからム０媒体中に放射される
超音波強度に分布をもたせることを可能にしている。

以上の手段により、超音波トランスジューサ面から放射
される超音波に強度分布を設け、入射光束の入射位置付
近の音場を改善することができ、回折効率の向上と、超
音波のフレネル回折による音場の不均一性を除去するこ
とができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。第１図は、本発明の一実施例におけるＡＯ素子
の構造模式図である。

第１図において、１１はム０媒体で、その主面には超音
波トランスジューサ１２が、共通電極１３を介してはり
合わせである。１４は上記超音波トランスジューサ１２
の背面電極であり、上記超音波トランスジューサ１２の
振動に影響を与えぬよう充分薄い膜としである。１６，
１θは上記人０媒体１１に設けられた鏡面であり、光入
出射面である。１７は超音波制御層であり、上記背面電
極１４の上に密着して設けである０１８は駆動電源であ
り、リード８２２＋２３を介してそれぞれ共通電極１３
．背面電極１４と接続されている。

つぎに動作について説明する。駆動電源１８から出力さ
れる電気エネルギーがリード線２２　、２３を介し超音
波トランスジューサの両面に設けられた共通電極１３と
背面電極１４に印加され、機械振動に変換される。変換
された機械振動は超音波として、一部はム０媒体１１側
へ放射され、残りは超音波制御層１７の方へ伝ばんする
。超音波制御層１７内を伝ばんした超音波は、対向面で
反射し再び超音波トランスジューサ１２内を伝ばんし、
人Ｏ媒体１１内に入り、上記超音波トランスジューサ１
２から直接ム０媒体１１に放射された超音波と重畳され
る。例えば、超音波制御層１７の厚みが超音波波長の４
分の１なら、位相が１８０度ずれて超音波としては打ち
消し合うため、超音波強度は小さくなるし超音波制御層
１γの厚みが、薄くなると、打消し合う成分が減るので
、相対的に超音波強度の大きな部分を形成することがで
きるわけである。２４は重畳して伝ばんする超音波束で
あり、入射光１９を光入射面１６からブラッグ条件を満
足するように入射してやれば、回折光２１が発生する。

実際にム０媒体１１としてモリブデン酸鉛単結晶、超音
波トランスジューサ１２としてニオブ酸リチウムの３６
°　Ｙ板を用い、中心周波数１００ＭＨｚの超音波を励
振させ、超音波制御層１７としてスズと鉛とを主成分と
する金属材料を用い、背面電極１４の中央部に厚み２μ
ｍ〜６μｍで密着させ設置すると回折効率にして、超音
波制御層１７の無い場合に比ベロ％以上向上させること
ができた０また、超音波制御層１７の材質を銅とした場
合にも４％の回折効率の向上が確認できた。

尚、回折効率は、駆動電源１８を接続しない場合の透過
光２０の光量を１００とした時の、駆動電源１８にて駆
動した場合に発生する回折光量２１の光量レベルで定義
している。

発明の効果 以上のように本発明によれば、超音波トランスジューサ
の背面電極の上に密着させて超音波制御層を設けること
により、超音波束の強度分布を改善し、大幅な回折効率
の改善をすることができ、その実用的効果は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による音響光学素子を示す構
造模式図、第２図は従来の音響光学素子の原理図である
。 １１・・・・・・ム０媒体、１２・・・・・・超音波ト
ランスジューサ、１３・・・・・・共通電標、１４・・
・・・・背面電極、１５．１６・・・・・・光入出射面
、１７・・・・・・超音波制御層、１８・・・・・・駆
動電源、１９・・・・・・入射光、２０・・・・・・透
過光、２１・・・・・・回折光、２２．２３・・・・・
・ＩＪ　−ド線、２４・・・・・・超音波束。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名／／
−４０媒体 １２−ａｔ浪トランスジコー丈 ／３−　共通？、履 １４−−−−　ｆ面電糧 １５、／６−党入＄註面 ／’７−ａｔ皮制御層 ／８−［初電深 １９−　入射先 に−１ｆｉ九 ；２ｌ−ＩＩ　ｉｌ’ｒ免 ２２．２３−−リーＦＡ に−４ｆ浪束 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主面に共通電極を設けるとともにその主面と交差する２
   つの対向する鏡面を設けた音響光学媒体と、上記共通電
   極にはり合わせた超音波トランスジューサと、この超音
   波トランスジューサのはり合わせ面と対向する背面に設
   けた背面電極と、この背面電極上に設けた厚み分布を有
   するスズと鉛または、銅を主成分とする金属材料からな
   る超音波制御層とを有する音響光学素子。