JPS63246721A

JPS63246721A - 光位相変調器

Info

Publication number: JPS63246721A
Application number: JP8062687A
Authority: JP
Inventors: Yukio Toyoda; 幸夫豊田
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1988-10-13

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】利用産業分野この発明は、電気光学効果を有する基板を積層した構成
からなる光素子を用いた単一波長の光を切替える光位相
変調器に係り、特に、立体テレビ、光切換えスイッチ等
の用途に適した光位相変調器に関する。

背景技術電気光学効果を利用した光位相変調器は、光伝送路の入
射光を遮断、選択、変換するために用いラレ、（ＰｂＬ
ａＸＺｒＴｉ）０３、ＬｉＮｂＯ３、Ｂ１１２Ｓｉ０２
０等のセラミックス基板がらなり、電界方向が入射光の
偏光方向（電界方向）と４５°の交差角度を形成してな
る光素子を配置して構成され、光学式プリンタの書込み
デバイス、光学カメラのシャッタ、立体テレビの他、光
切換えスイッチなどの多用途の適用が考えられている。

かかる光素子として、第３図に示す如く、予め鏡面研摩
された素子基板（１）の表裏面の各々に、一対の櫛状の
平面電極（２Ｘ３）を、その歯状部を交互に入り込ませ
て配置してなり、両端面側の給電部（２ａＸ３ａ）と交
互に配置される駆動電極部（２ｂＸ３ｂ）　トからなる
平面電極（２Ｘ３）間に、光透過面（４）が形成される
所謂平面電極型構成が知られている。

上記構成の光素子を光位相変調器に使用すると、所要駆
動電極部（２ｂＸ３ｂ）が素子基板（１）表面に形成さ
れているため、電界は素子基板（１）内部に充分浸透せ
ず、駆動電極部（２ｂＸ３ｂ）近傍と光透過面（４）中
央部では電界分布が異なり、光透過部全域にわたって均
一な電界形成が困難なため、光透過面（４）に入射され
るすべての光の電界方向を均一に所定角度（９０°）回
転させて透過させることは困難であり、特に、完全な光
の遮断、選択を要求される立体テレビ等の用途に適用す
るには、該光素子の改良が不可欠とされていた。

発明の目的この発明は、上記現状に鑑み提案するもので、入射光の
電界方向を光透過面全域において均一に所定角度だけ回
転させ、完全な光の遮断、選択、変換を可能とする光位
相変調器を目的とし、特に電気光学効果を有する基板を
積層した構成からなる光素子を用いた光位相変調器の提
供を目的とする。

発明の効果この発明は、完全な光の遮断、選択、変換を可能とする
光位相変調器を目的に、光素子の構成について種々検討
した結果、電気光学効果を有する基板を積層した構成か
らなる光素子を用いることによって、該光素子の光透過
部全域にわたって均一な電界形成を可能とし、入射光の
完全な遮断、選択、変換が得られることを知見し、この
発明を完成したものである。

すなわち、この発明は、単一波長の光を切換える光位相変調器において、電気光
学効果を有する基板が基板の厚み方向に積層固着され、
内部電極層と給電用外部電極を有し、積層基板の厚み端
面を光透過面とした構成からなる光素子の一方の光透過
面側に、透過光の電界方向を前記光素子の電界方向と４５°ずら
せた偏光子を配置し、他方の光透過面側に、前記偏光子と透過光の電界方向が
同一の偏光子と、透過光の電界方向を９０°ずらせた偏
光子とを併設配置したことを特徴とする光位相変調器で
ある。

この発明の光位相変調器を構成する光素子については後
述するが、該光素子の各々光透過面に主面を対向して配
置する偏光子は、前記の如き透過光の電界方向を設定し
た構成であれば、公知の材質、形状のものが使用できる
。

発明の好ましい実施態様この発明において、光素子は、電気光学効果を有する基
板が基板の厚み方向に積層固着され、内部電極層と給電
用外部電極を有し、かつ積層基板の厚み端面を光透過面
とした構成であれば、光透過部の電界が均一となるため
、光の完全遮断、選択、変換が可能であり、いずれの構
成も利用できる。

例えば、第２図ａ図に示す如き、少なくとも一主面の全
面に電極材料を被着した電気光学効果を有する基板（１
０）を、接着材（１３）を介在させて基板の厚み方向に
積層固着するとともに、該積層体の対向位置にある一対
の積層端面に、積層された内部電極（１２）を１層おき
に絶縁する絶縁層（１４）を、一対の積層端面で非対称
形で配設し、内部電極□層（１２）を１層おきに接続す
る給電用外部電極（１５）を前記絶縁層上（１４）に被
着形成して、積層基板の厚み端面を光透過面（２１）と
した構成からなる元素（２０）が利用できる。

また、第２図す図に示すように、主面の端部に電極材料
の非被着部（３７）を設けた複数枚の短冊状基板（３１
）を、絶縁性接着剤（３３）にて厚み方向に積層固着し
て一体となし、さらに基板（２１）間に積層した内部電
極層（４４）と、内部電極（電極材料）の非被着部（３
７）に充填された接着剤にて形成した絶縁部（３２）を
有する積層端面に給電用電極（１５Ｘ１５）を設けるこ
とにより、矩形板面に所要の櫛歯状の電極を形成し、積
層された各基板（３１）の厚み端部を光透過面（３６）
となした光素子（３０）が利用できる。

また、第２図Ｃ図に示す如く、電極用金属膜をグリーン
シートに被着する際に、該シートの各主面で積層時に、
相互に対向する端部に電極材料の非被着部を設け、これ
らを積層して内部電極層（４３）が１層おきに露出する
よう構成した積層端面に給電用電極（４５Ｘ４５）を設
ける、あるいは給電用電極（４５）を鏡面研摩した積層
体主面の端部、すなわち光透過面（４６）の端部に被着
することにより、焼成した矩形板面に所要の櫛歯状の電
極を形成し、積層された内部電極層（４３）間、すなわ
ち、焼成した基板の厚み端面を光透過面（４６）となし
た光素子（４０）が利用できる。

光素子において、積層する基板には、ポッケルス効果、
カー効果等の電気光学効果を有する（ＰｂＬａＸＺｒＴ
ｉ）Ｏａ、（以下ＰＬＺＴという）、ＬｉＮｂＯ３、Ｂ
１１２Ｓｉ０２０等の公知のセラミックス基板が適用で
きる。

また、光素子の内部電極となる、基板の少なくとも主面
に被着する電極材料は、Ｃｒ、　Ｎｉ、　Ｃｕ等の金属
膜を、スパッタや蒸着法等の薄膜形成技術にて被着する
とよい。

積層された基板間の各内部電極の厚み及び内部電極間の
接着剤の厚みは、光透過面積を拡大するには、できる限
り薄いことが望ましく、それぞれ２ｐｍ以下が望ましい
。

内部電極間の接着剤は、第２図ａ図、第２図す図の如き
各基板を固着して積層体を構成するのに不可欠であるが
、光素子の機能上では不要であり、光透過面積を拡大す
るには１、できるだけ薄いほうが好ましく、２ｐｍ以下
が推奨され、材質も絶縁性接着剤のほか、構成に応じて
はんだ等の低融点金属、導電性接着剤等公知の接着材が
適用できる。

前記給電用電極は、Ｃｒ、　Ｎｉ、　Ｃｕ等の金属薄膜
をスパッタ、蒸着等の手段にて被着形成するほか、導電
性紫外線硬化型接着樹脂等を用いて被着形成することも
できる。

さらに、第２図ａ図に示す如き構成においては、絶縁層
は、外部電極層と所定の内部電極層とを、電気的に絶縁
するものであればよく、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、
フェノール樹脂などの合成樹脂やガラスなどを塗布して
形成するほか、アルミナ、シリカ等を蒸着、スパッタ等
の手段で形成するなど、公知の材料、形成方法を適宜選
定できる。

また、上記絶縁層の厚み、幅等は、内部電極層の厚み、
給電用外部電極層に印加する電圧、使用環境条件等に応
じて適宜選定することが望ましく、特に、スクリーン印
刷法等により、内部電極層の厚み方向に厚み寸法に対し
、充分な長さを有する絶縁層を形成することにより、使
用時の絶縁を確保することができる。

発明の効果この発明による光素子は、駆動用内部電極を素子厚み方
向に貫通して設けることができ、電界は素子厚み全体に
均一に浸透することから、光透過面に入射されるすべて
の光の電界方向を均一に所定角度回転させて透過させる
ことが可能となり、光素子の光透過面に所要の偏光子を
対向配置することにより、立体テレビ等に要求される光
の完全遮断、選択、変換を達成することができる。

さらに、該光素子は、電極材料を被着した基板を多数枚
接着する積層構成であることから、製造性が極めてよく
、また、内部電極層を介して積層される基板の厚み端面
が、それぞれ光透過面となる構成であるため、光素子に
おける光透過面積が拡大され、透過損失を大きく低減で
きる利点があり、その上電界が均一に浸透することから
、駆動電圧の低減をも達成できる。

発明の図面に基づく開示第１図はこの発明による光位相変調器の概略を示す斜視
説明図である。第２図ａ、ｂ、ｃはこの発明による光位
相変調器を構成する光素子の斜視説明図である。なお、
図面は全て電極及び接着剤層を誇張して図示しである。

第１図は第２図ａ図に示す構成、すなわち、複数枚の短
冊状基板（１０）を厚み方向に積層して、その積層方向
を長さ、基板（１０）の幅を光透過方向厚みとする積層
板状構成からなり、積層端面に接着剤（１２）を介在さ
せて一体となった基板（ＩＯＸＩＯ）間の内部電極層（
１３）を一層おきに絶縁する絶縁層（１４）を配設し、
さらに給電用外部電極（１５）を設けて矩形板面に所要
の櫛歯状の電極を形成し、各基板（１ｏ）の厚み端面を
研摩し光透過面（２１）となした構成からなる光素子を
用いたこの発明の光位相変調器を示すもので、図の左側
の入光側の偏光子（５０）は、透過光の電界方向を前記
光素子の電界方向（図中Ｙ方向）と４５°ずらせてあり
、図の右側の偏光子（５１）は前記偏光子（５０）と透
過光の電界方向が同一の偏光子であり、にれに連立した
偏光子（５２）は前記偏光子（５０）と透過光の電界方
向を９０°ずらせた偏光子である。

なお、図中破線矢印は、各々偏光子における透過光の電
界方向を示している（θ１＝４５°、θ２＝１３５°）
。

作用上記構成からなるこの発明の光位相変調器の作動を説明
する。

まず、２方向へ単一波長からなる光が進行すると、偏光
子（５０）にてθ１方向に電界を一有する光のみが透過
して光素子（２０）に達する。

光素子（２０）の外部電極（１５Ｘ１５）に電圧を印加
すると、Ｙ方向に電界が発生し、光透過面（２１）に０
１方向に電界方向を有す怠光が、電界方向を９０’回転
して該光素子（２０）を透過し、さらに偏光子（５１Ｘ
５２）に達する。

偏光子（５１）はθ１方向の電界方向を有する光のみを
透過させるため、前記の光素子（２０）を透過した光と
はその電界方向が一致せず、該偏光子（５１）に入射さ
れた光を遮断することとなる。

一方、偏光子（５２）はθ２方向の電界方向を有する光
のみを透過させるため、前記の光素子（２０）を透過し
た光とその電界方向が一致し、該偏光子（５２）に入射
された光を透過させる。

以上、光素子（２０）の外部電極（１５Ｘ１５）に電圧
を印加した場合について説明したが、電圧を印加しない
場合には、偏光子（５０）に達した光は該偏光子（５１
）を透過するが、偏光子（５２）に達した光は、該偏光
子（５２）にて遮断される。

以上の如く、光素子（２０）への電圧印加により、一対
の偏光子（５１）（５２）に入射される各々の単一波長
からなる光の透過、遮断を容易に、しかも確実に切換え
できる。

実施例この発明の光位相変調器を構成する光素子として、第２
図ａ図に示す構成からなる光素子を以下の方法にて得た
。

すなわち、基板（１０）は、ｐｂに対するＬａの置換量
が９原子％、Ｚｒ／Ｔｉ比が６５７３５　カらな７）　
ＰＬＺＴ焼結体より、スライス加工にて作製した幅３０
ｍｍＸ長さ５０ｍｍＸ厚み０．１鵬の方形板状からなり
、５００℃の大気中で、１時間の歪み取り熱処理を行な
った。

次に、基板（１０）の両主面に、蒸着にてＮｉからなる
電極（１１）を、１ｐｎＪ＊みに被着した。

この基板（１０）を５００枚用いて、各基板（１０）を
対向させ、各基板（１０）間にエポキシ樹脂からなる接
着剤（１２）を２μｍ厚みで介在させて、各基板（１０
）を厚み方向に積層して、内部電極層（１３）を有する
基板（１０）の積層体となした。

この該積層体の対向位置にある一対の積層端面に、スク
リーン印刷にて、積層された内部電極層（１３）を１層
おきに絶縁するた峠のエポキシ樹脂からなる絶縁層（１
４）を、一対の積層端面で非対称形で配設した。

続いて、同積層端面に、Ｎｉからなる厚みｌｐｍの給電
用外部電極（１５）を前記絶縁層（１３）上に被着形成
して、内部電極層（１３）を１層おきに接続した。

さらに、積層組立体を一対の給電用電極（１５Ｘ１５）
間で縦断するよう、所要厚みにスライス加工し、露出す
る積層面をラッピング加工し、研摩後の厚みを０．３ｍ
ｍに仕上げて光素子（２０）となす。

以上の方法にて得た第２図ａ図の如き光素子を用い、そ
の両側に第１図に示す如く、偏光子を配置してこの発明
の光位相変調器を構成し、波長０．６３：％ｍのレーザ
光を透過させた。

比較例として、第１図に示す構成において光素子（２０
）を第３図に示す従来の光素子（１）に置き換えて光位
相変調器を構成し、同波長のレーザ光を透過させた。

この時、各々の構成において、光素子（２０）、（１）
へ所定電圧を印加した場合、偏光子（５１Ｘ５２）を透
過した光量の比を測定したところ、第１表の如き値を得
た。

第１表効果第１表より明らかな如く、この発明の光位相変調器にお
いては、各偏光子に達した光を完全に透過、又は遮断す
ることが可能であり、これらの切換えも確実に行なえる
が、比較例においては、光素子に所定電圧を印加した際
に、一方の偏光子（５１）から光が透過してしまい、完
全な遮断ができないことがわかる。

上記実施例からも明らかなように、この発明による光位
相変調器は、光素子（２０）における光透過部の電界が
素子厚み全体にわたって均一に浸透するため、光透過面
に入射されるすべての光の電界方向を均一に所定角度回
転させて透過させ偏光子（５１Ｘ５２）における光の透
過及び遮断を完全に実施することができる。

・一方、第３図の構成からなる光素子を用いた比較例光
位相変調器においては、該光素子（１）に入射された光
の位相を、完全に遮断、選択、変換できない。

すなわち、光透過部の電界不均一に起因して、一部の光
の電界方向を完全に所定角度だけ回転させることができ
ないため、偏光子（５１Ｘ５２）による光の透過及び遮
断の完全実施が困難となり、このような光位相変調器を
立体テレビに使用すると、遮断すべき側からの光の洩れ
により映像にだぶりが生じ、立体感が低下した。

ところが、この発明による光位相変調器を立体テレビに
使用すると、光の透過及び遮断を完全に実施することが
できるため、立体感の著しい向上が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光位相変調器の概略を示す斜視
説明図である。第２図ａ、ｂ、ｃはこの発明による光位
相変調器を構成する光素子の斜視説明図である。第３図
は従来の光素子の斜視説明図である。１０・・・基板、１２・・・接着剤、１３・・・内部電
極層、１４・・・絶縁層、１５・・・給電用外部電極、
２０，３０，４０・・・光素子、２１．３６，４６・・
・光透過面、５０，５１，５２・・・偏光子。

Claims

【特許請求の範囲】１単一波長の光を切換える光位相変調器において、電気光
学効果を有する基板が基板の厚み方向に積層固着され、
内部電極層と給電用外部電極を有し、積層基板の厚み端
面を光透過面とした構成からなる光素子の一方の光透過
面側に、透過光の電界方向を前記光素子の電界方向と４５°ずら
せた偏光子を配置し、他方の光透過面側に、前記偏光子と透過光の電界方向が
同一の偏光子と、透過光の電界方向を９０°ずらせた偏光子とを併設配置
したことを特徴とする光位相変調器。