JPWO2010001852A1 - Light modulator - Google Patents

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雅芳 角野
雅芳 角野
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浩 今井
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    • G02F2203/24Function characteristic beam steering

Abstract

光変調器は、音響光学媒体1と、音響光学媒体1内に表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段2とを有する。音響光学媒体1内は、表面弾性波発生手段2により発生した表面弾性波が及ぶ領域である表面弾性波進行領域3が同一材料よりなる。音響光学媒体1は、表面弾性波の進行方向と交差する方向に、表面弾性波進行領域3を挟んで対向する第1および第2の端面を備える。第1の端面から入射した入射光が表面弾性波進行領域3を通過する際に生じる一次回折波と、表面弾性波発生手段2を停止した状態で入射光が音響光学媒体1内を伝播する光とが、それぞれ第2の端面から異なる方向に出射される。The optical modulator includes an acoustooptic medium 1 and surface acoustic wave generating means 2 that generates surface acoustic waves in the acoustooptic medium 1. In the acousto-optic medium 1, a surface acoustic wave traveling region 3 which is a region where the surface acoustic wave generated by the surface acoustic wave generating means 2 is made of the same material. The acousto-optic medium 1 includes first and second end faces that face each other across the surface acoustic wave traveling region 3 in a direction that intersects the traveling direction of the surface acoustic wave. First-order diffracted waves generated when incident light incident from the first end face passes through the surface acoustic wave traveling region 3 and light that propagates in the acousto-optic medium 1 with the surface acoustic wave generating means 2 stopped. Are emitted in different directions from the second end face.

Description

本発明は、音響光学材料を用いた光変調器に関する。   The present invention relates to an optical modulator using an acousto-optic material.

図1に、特許文献1(特開平06−273705号公報)に記載のバルク型音響光学素子の構成を示す。このバルク型音響光学素子は、音響光学媒体200と、音響光学媒体200の端面に形成された圧電振動子201と、圧電振動子201を駆動するための高周波電源202とを有する。   FIG. 1 shows the configuration of a bulk acousto-optic device described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 06-273705). This bulk acoustooptic device includes an acoustooptic medium 200, a piezoelectric vibrator 201 formed on an end surface of the acoustooptic medium 200, and a high-frequency power source 202 for driving the piezoelectric vibrator 201.

高周波電圧が圧電振動子201に供給されると、圧電振動子201が振動し、それにより音響光学媒体200内に超音波進行波203が発生する。音響光学媒体200内の超音波進行波203が及ぶ領域においては、屈折率が周期的に変化する。この屈折率変化領域に、入射光206をブラッグ回折角θで入射させると、一次回折光204を生じる。一方、圧電振動子201への高周波電圧の供給を停止すると、屈折率変化領域は形成されないため、入射光206はそのまま音響光学媒体200を通過し、非回折光205として出射される。   When the high-frequency voltage is supplied to the piezoelectric vibrator 201, the piezoelectric vibrator 201 vibrates, thereby generating an ultrasonic traveling wave 203 in the acoustooptic medium 200. In the region where the ultrasonic traveling wave 203 in the acousto-optic medium 200 reaches, the refractive index changes periodically. When incident light 206 is incident on this refractive index changing region at a Bragg diffraction angle θ, first-order diffracted light 204 is generated. On the other hand, when the supply of the high-frequency voltage to the piezoelectric vibrator 201 is stopped, the refractive index change region is not formed, so that the incident light 206 passes through the acoustooptic medium 200 as it is and is emitted as non-diffracted light 205.

上記の他、非特許文献1(Japanese Journal of Applied Physics Vol. 46, No. 2, pp. 669-674)に記載の光通信用の導波路型音響光学素子がある。図2に、その導波路型音響光学素子の構成を示す。   In addition to the above, there is a waveguide type acoustooptic device for optical communication described in Non-Patent Document 1 (Japanese Journal of Applied Physics Vol. 46, No. 2, pp. 669-674). FIG. 2 shows the configuration of the waveguide type acoustooptic device.

図2に示すように、光導波路301および櫛形電極302、303が、圧電素子300上に形成されている。光導波路301は、プロント交換法で光の波長程度の領域の屈折率を高めることで形成したものであって、その高さは0.8μmである。   As shown in FIG. 2, an optical waveguide 301 and comb-shaped electrodes 302 and 303 are formed on the piezoelectric element 300. The optical waveguide 301 is formed by increasing the refractive index in a region of the wavelength of light by the pronto exchange method, and the height is 0.8 μm.

櫛形電極302は、等間隔に配置された複数の線状電極を備えた第1および第2の電極部からなり、第1および第2の電極部は、互いの線状電極が交互に配置されている。櫛形電極303も、櫛形電極302と同様の構造のものである。櫛形電極302、303は対向するように光導波路301の両側に形成されている。   The comb-shaped electrode 302 includes first and second electrode portions each having a plurality of linear electrodes arranged at equal intervals, and the first and second electrode portions are alternately arranged with linear electrodes. ing. The comb electrode 303 also has the same structure as the comb electrode 302. The comb electrodes 302 and 303 are formed on both sides of the optical waveguide 301 so as to face each other.

櫛形電極302、303に高周波電圧を印加すると、圧電素子300の表面近傍に表面弾性波が発生する。櫛形電極302、303からの表面弾性波により、光導波路301の中央部(櫛形電極302、303により挟まれた領域)の屈折率が変化する。光導波路301内を伝播する光がその屈折率変化領域に入射すると回折光が生じる。   When a high frequency voltage is applied to the comb electrodes 302 and 303, surface acoustic waves are generated near the surface of the piezoelectric element 300. Due to the surface acoustic waves from the comb electrodes 302 and 303, the refractive index of the central portion of the optical waveguide 301 (the region sandwiched between the comb electrodes 302 and 303) changes. When light propagating in the optical waveguide 301 enters the refractive index change region, diffracted light is generated.

上記の導波路型音響光学素子は、10mW以下のシングルモードの赤外光を変調するための素子として用いられる。   The waveguide acousto-optic device is used as a device for modulating single mode infrared light of 10 mW or less.

しかしながら、上述した音響光学素子には、以下のような問題がある。   However, the acoustooptic device described above has the following problems.

特許文献1に記載のバルク型音響光学素子においては、音響光学媒体200や圧電振動子201のサイズが大きく、超音波進行波203が生じる領域の断面の大きさは数ミリメートル程度である。また、圧電振動子201への供給電圧は数十V以上であり、バルク型音響光学素子の消費電力は数十W以上である。このように、バルク型音響光学素子においては、素子サイズが大きく、消費電力も多い、という問題がある。   In the bulk acoustooptic device described in Patent Document 1, the acoustooptic medium 200 and the piezoelectric vibrator 201 are large in size, and the cross-sectional size of the region where the ultrasonic traveling wave 203 is generated is about several millimeters. The supply voltage to the piezoelectric vibrator 201 is several tens of volts or more, and the power consumption of the bulk acoustooptic device is several tens of watts or more. As described above, the bulk acoustooptic device has a problem that the device size is large and the power consumption is large.

特に、レーザディスプレイ等の画像表示装置においては、光変調器の小型化および消費電力化が望まれており、上記のバルク型音響光学素子を、そのような画像表示装置に適用することは困難である。   In particular, in an image display device such as a laser display, it is desired to reduce the size and power consumption of an optical modulator, and it is difficult to apply the bulk acousto-optic element to such an image display device. is there.

非特許文献1に記載の光通信用の導波路型音響光学素子においては、以下のような問題がある。   The waveguide acoustooptic device for optical communication described in Non-Patent Document 1 has the following problems.

(1)導波路型音響光学素子は、入射光が光の波長程度のサイズの導波路に閉じ込められる構造であるため、入射光の強度によっては、導波路内の光密度が極めて高くなって、導波路が損傷してしまう場合がある。このように、導波路型音響光学素子の光損傷耐性は低い。一方、レーザディスプレイ等の画像表示装置では、例えば100mW以上の高出力光に対する光変調が行われる。このような高出力光の光変調が行われる画像表示装置に、光損傷耐性の低い導波路型音響光学素子を適用することは困難である。   (1) Since the waveguide type acoustooptic device has a structure in which incident light is confined in a waveguide having a size approximately equal to the wavelength of the light, depending on the intensity of the incident light, the optical density in the waveguide becomes extremely high, The waveguide may be damaged. Thus, the optical damage resistance of the waveguide type acoustooptic device is low. On the other hand, in an image display device such as a laser display, light modulation is performed on high output light of, for example, 100 mW or more. It is difficult to apply a waveguide acousto-optic element having low light damage resistance to an image display device that performs such high-power light modulation.

なお、導波路型音響光学素子を画像表示装置に適用する場合、赤外光より波長の短い可視光を導波路型音響光学素子で変調することになる。この場合、導波路の厚みはさらに薄くなり、光損傷が生じ易くなる。また、導波路に用いられるLiNbO3材料の光損傷耐性は、ガラスに比べて2桁以上低い。光通信応用では、信号光をファイバーアンプにより増幅して中継することから、高い光出力が必ずしも要求されないため、上記のような光損傷問題は顕在しなかった。When the waveguide acoustooptic element is applied to an image display device, visible light having a wavelength shorter than that of infrared light is modulated by the waveguide acoustooptic element. In this case, the thickness of the waveguide is further reduced, and optical damage is likely to occur. Moreover, the optical damage resistance of the LiNbO 3 material used for the waveguide is two orders of magnitude lower than that of glass. In optical communication applications, since signal light is amplified and relayed by a fiber amplifier, a high light output is not always required, and thus the above optical damage problem has not been revealed.

(2)導波路の断面サイズを拡大して光密度を下げることで、上記の光損傷問題を回避することは可能である。しかし、導波路の断面サイズを拡大すると、導波路内を伝播する光は、シングルモードを維持できずにマルチモードになり、音響波とのブラッグ回折により各導波モードの回折光の進行方向がお互いに異なってしまう。このため、導波路の断面サイズを拡大した場合は、回折効率が著しく低下する、という問題が生じる。   (2) The above optical damage problem can be avoided by enlarging the cross-sectional size of the waveguide to lower the light density. However, when the cross-sectional size of the waveguide is enlarged, the light propagating in the waveguide becomes multimode without maintaining the single mode, and the traveling direction of the diffracted light of each waveguide mode is changed by Bragg diffraction with the acoustic wave. It will be different from each other. For this reason, when the cross-sectional size of the waveguide is enlarged, there arises a problem that the diffraction efficiency is remarkably lowered.

(3)典型的な表面弾性波は、その波長(典型的には20μm程度)の深さに分布する。導波路内を伝播する光が表面弾性波と相互作用する領域は、たかだか光の波長程度の狭い領域であり、それ以外の広い領域においては、表面弾性波は光の回折に寄与しない。このように、表面弾性波のエネルギー利用率が小さい。   (3) A typical surface acoustic wave is distributed at a depth of that wavelength (typically about 20 μm). The region where light propagating in the waveguide interacts with the surface acoustic wave is a region that is at most as narrow as the wavelength of the light, and in other wide regions, the surface acoustic wave does not contribute to light diffraction. Thus, the energy utilization rate of the surface acoustic wave is small.

また、導波路型音響光学素子では、十分な回折光を得るために、相互作用長(この場合は導波路長に同じ)を2mm以上にする必要がある。このため、素子の小型化が困難である。   In the waveguide type acoustooptic device, in order to obtain sufficient diffracted light, the interaction length (in this case, the same as the waveguide length) needs to be 2 mm or more. For this reason, it is difficult to reduce the size of the element.

(4)画像表示用の光ビームの直径は500μm以上であり、それを厚さ1μm程度の導波路に入れるためには、様々な光学系を必要とし、その分、光損失が生じる。このように、画像表示用の光ビームを導波路に入れる際の光挿入損失が大きい、という問題がある。加えて、装置の部品点数が増大する、という不利益も生じる。さらに、素子自体が大きく、その構造が複雑であるために、製造コストも増大する。   (4) The diameter of the light beam for image display is 500 μm or more, and in order to put it in a waveguide having a thickness of about 1 μm, various optical systems are required, and light loss is generated accordingly. As described above, there is a problem that the optical insertion loss when the light beam for image display is put into the waveguide is large. In addition, there is a disadvantage that the number of parts of the device increases. Furthermore, since the element itself is large and its structure is complicated, the manufacturing cost also increases.

本発明の目的は、上記の各問題を解決することができ、高出力の光ビームを変調することができる、小型の光変調器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a small-sized optical modulator that can solve the above-described problems and can modulate a high-power light beam.

上記目的を達成するため、本発明の光変調器は、
音響光学媒体と、
上記音響光学媒体内に表面弾性波または界面弾性波を発生する弾性波発生手段とを有し、
上記音響光学媒体内は、上記弾性波発生手段により発生した表面弾性波または界面弾性波が及ぶ弾性波伝播領域が同一材料より形成され、
上記表面弾性波または界面弾性波の進行方向と交差する方向に、上記弾性波伝播領域を挟んで対向する第1および第2の端面を備え、該第1の端面から入射した入射光が上記弾性波伝播領域を通過する際に生じる一次回折波と、上記弾性波発生手段を停止した状態で上記入射光が上記音響光学媒体内を伝播する光とが、それぞれ上記第2の端面から異なる方向に出射される。
In order to achieve the above object, an optical modulator of the present invention includes:
An acousto-optic medium;
An acoustic wave generating means for generating a surface acoustic wave or an interfacial acoustic wave in the acoustooptic medium,
In the acousto-optic medium, an elastic wave propagation region covered with a surface elastic wave or an interface elastic wave generated by the elastic wave generating means is formed of the same material,
First and second end faces facing each other across the elastic wave propagation region in a direction intersecting the traveling direction of the surface acoustic wave or the interfacial elastic wave, and incident light incident from the first end face is elastic The first-order diffracted wave generated when passing through the wave propagation region and the light propagating through the acousto-optic medium in a state where the elastic wave generating means is stopped are respectively in different directions from the second end face. Emitted.

バルク型音響光学素子の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a bulk type acoustooptic device. 光通信用の導波路型音響光学素子の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the waveguide type acoustooptic element for optical communications. 本発明の第1の実施形態である光変調器の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the optical modulator which is the 1st Embodiment of this invention. 図3に示す光変調器におけるブラッグ回折を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating Bragg diffraction in the optical modulator shown in FIG. 本発明の第2の実施形態である光変調器の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the optical modulator which is the 2nd Embodiment of this invention. 光ビームの直径のビーム伝播距離依存性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the beam propagation distance dependence of the diameter of a light beam. 本発明の第3の実施形態である光変調器の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the optical modulator which is the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態である光変調器の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the optical modulator which is the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態である光変調器の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the optical modulator which is the 5th Embodiment of this invention. 光ビームの直径とビーム集光距離との関係を波長別に示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the diameter of a light beam and a beam condensing distance according to wavelength. 光ビームの直径とビーム集光距離との関係をビームウェスト別に示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the diameter of a light beam, and a beam condensing distance according to beam waist. 本発明の光変調器を備える画像表示装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of an image display apparatus provided with the optical modulator of this invention.

1 音響光学媒体
2 表面弾性波発生手段
3 表面弾性波進行領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Acousto-optic medium 2 Surface acoustic wave generating means 3 Surface acoustic wave traveling region

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図3は、本発明の第1の実施形態である光変調器の構成を示す模式図である。
(First embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the optical modulator according to the first embodiment of the present invention.

図3を参照すると、光変調器は、音響光学媒体1と、音響光学媒体1の表面に形成された表面弾性波発生手段2とを備える。音響光学媒体1は、表面弾性波発生手段2により発生した表面弾性波と入射光を相互作用させるための媒体である。このような表面弾性波と入射光の相互作用は、一般に、音響光学効果と呼ばれている。音響光学媒体1は、音響光学効果を得ることのできる材料、例えば、水晶や不純物がドープされた音響光学材料より形成される。不純物は、例えばEr(エルビウム)、In(インジウム)等である。   Referring to FIG. 3, the optical modulator includes an acoustooptic medium 1 and surface acoustic wave generating means 2 formed on the surface of the acoustooptic medium 1. The acousto-optic medium 1 is a medium for causing the surface acoustic wave generated by the surface acoustic wave generating means 2 to interact with incident light. Such interaction between surface acoustic waves and incident light is generally called an acousto-optic effect. The acoustooptic medium 1 is made of a material capable of obtaining an acoustooptic effect, for example, an acoustooptic material doped with quartz or impurities. The impurity is, for example, Er (erbium), In (indium), or the like.

表面弾性波発生手段2は、例えば、同一平面上に等間隔に配置された複数の線状電極からなり、一方の側から数えて偶数番目の線状電極群と奇数番目の線状電極群との間に高周波電圧が印加されるように構成されている。このような電極構造の一例として、第1および第2の櫛形電極からなる電極構造がある。第1および第2の櫛形電極は、互いの櫛歯に相当する線状電極が交互に配置されており、各線状電極間の間隔は等間隔である。なお、線状電極の間隔が等間隔であるとは、各線状電極間の距離が完全に一致している状態だけでなく、製造誤差等により線状電極間の間隔にズレが生じている状態をも含む。   The surface acoustic wave generating means 2 is composed of, for example, a plurality of linear electrodes arranged at equal intervals on the same plane, and an even-numbered linear electrode group and an odd-numbered linear electrode group counted from one side, A high frequency voltage is applied between the two. As an example of such an electrode structure, there is an electrode structure composed of first and second comb electrodes. In the first and second comb electrodes, linear electrodes corresponding to the comb teeth are alternately arranged, and the intervals between the linear electrodes are equal. Note that the intervals between the linear electrodes are not only in a state where the distances between the linear electrodes are completely matched, but also in a state where the spacing between the linear electrodes is shifted due to a manufacturing error or the like. Is also included.

高周波電圧が櫛形電極間に印加されることで、音響光学媒体1の表面近傍に表面弾性波が生じる。表面弾性波は、線状電極の並び方向(線状電極の長さ方向と交差する方向)に沿って音響光学媒体1の表面部分を進行する進行波であり、その進行方向に沿って、屈折率の周期的な変化が生じる。   By applying a high frequency voltage between the comb electrodes, a surface acoustic wave is generated in the vicinity of the surface of the acoustooptic medium 1. The surface acoustic wave is a traveling wave that travels along the surface portion of the acousto-optic medium 1 along the alignment direction of the linear electrodes (the direction intersecting the length direction of the linear electrodes), and is refracted along the traveling direction. A periodic change in rate occurs.

表面弾性波が及ぶ領域(弾性波伝播領域)である表面弾性波進行領域3は同一材料よりなり、その深さは、表面弾性波の波長程度とされる。例えば、波長Λの表面弾性波が及ぶ領域の深さは、その波長Λとされる。なお、表面弾性波の波長Λ(または表面弾性波3が及ぶ領域の深さ)は、線状電極の間隔(周期)および線状電極群間に印加される高周波電圧の周波数(表面弾性波発生手段2の駆動周波数)によって決まる。表面弾性波進行領域3の幅L(線状電極の長さ方向における幅)が、音響光学効果が生じる相互作用長である。   The surface acoustic wave traveling region 3, which is a region (surface acoustic wave propagation region) covered by the surface acoustic wave, is made of the same material, and the depth thereof is about the wavelength of the surface acoustic wave. For example, the depth of the region covered by the surface acoustic wave of wavelength Λ is the wavelength Λ. The wavelength Λ of the surface acoustic wave (or the depth of the region covered by the surface acoustic wave 3) is determined by the interval (period) of the linear electrodes and the frequency of the high-frequency voltage applied between the linear electrode groups (surface acoustic wave generation The driving frequency of the means 2). The width L of the surface acoustic wave traveling region 3 (the width in the length direction of the linear electrode) is an interaction length in which an acoustooptic effect is generated.

音響光学媒体1の側面のうち、表面弾性波進行領域3を挟んで対向する側面の一方が入射端面とされ、他方が出射端面とされている。表面弾性波発生手段2が形成される表面は、これら入射端面および出射端面のそれぞれと交差する平面よりなる。   Of the side surfaces of the acousto-optic medium 1, one of the side surfaces facing each other with the surface acoustic wave traveling region 3 interposed therebetween is an incident end surface, and the other is an output end surface. The surface on which the surface acoustic wave generating means 2 is formed is a plane that intersects with each of the incident end face and the exit end face.

入射端面からの光ビームが表面弾性波進行領域3に所定の入射角で入射するように、音響光学媒体1の入射端面に対する光ビームの入射角度が設定される。ここで、所定の入射角は、入射端面からの光ビームが表面弾性波進行領域3を通過する際に屈折するような条件を満たす角度であり、より望ましくは、光ビームが表面弾性波進行領域3を通過する際にブラッグ回折が生じるような条件を満たす角度である。   The incident angle of the light beam with respect to the incident end face of the acoustooptic medium 1 is set so that the light beam from the incident end face enters the surface acoustic wave traveling region 3 at a predetermined incident angle. Here, the predetermined incident angle is an angle satisfying a condition that the light beam from the incident end face is refracted when passing through the surface acoustic wave traveling region 3, and more preferably, the light beam is in the surface acoustic wave traveling region. The angle satisfies a condition such that Bragg diffraction occurs when passing through 3.

図4に、図3に示した光変調器における回折を模式的に示す。表面弾性波は、音響光学媒体1の表面近傍を、図面に向かって手前側から奥側に向かって進行する。光ビーム4は、図面に向かって左側から音響光学媒体1の入射端面に入射する。入射した光ビーム4が表面弾性波進行領域3を通過する際に、ブラッグ回折により、1次回折波4aが生じる。1次回折波4aは、音響光学媒体1の出射端面から外部に向けて出射される。   FIG. 4 schematically shows diffraction in the optical modulator shown in FIG. The surface acoustic wave travels in the vicinity of the surface of the acoustooptic medium 1 from the near side toward the far side as viewed in the drawing. The light beam 4 is incident on the incident end face of the acoustooptic medium 1 from the left side as viewed in the drawing. When the incident light beam 4 passes through the surface acoustic wave traveling region 3, a first-order diffracted wave 4a is generated by Bragg diffraction. The first-order diffracted wave 4 a is emitted outward from the emission end face of the acousto-optic medium 1.

表面弾性波発生手段2への高周波電圧の供給を停止すると、表面弾性波進行領域3は形成されないため、入射した光ビーム4は、回折することなく、そのまま音響光学媒体1内を伝播し、出射端面から外部に向けて出射される。この出射端面からの光の進行方向は、0次光の進行方向と同じである。   When the supply of the high-frequency voltage to the surface acoustic wave generating means 2 is stopped, the surface acoustic wave traveling region 3 is not formed, so that the incident light beam 4 propagates through the acoustooptic medium 1 without being diffracted and exits. The light is emitted from the end face toward the outside. The traveling direction of light from the emission end face is the same as the traveling direction of zero-order light.

高周波電圧の供給時に出射端面から出射される1次回折波4aの光軸は、高周波電圧の供給を停止した場合に出射端面から出射される光(0次光)の光軸に対して、ブラッグ回折角だけ傾いている。したがって、表面弾性波発生手段2への高周波電圧の供給を制御することで、出射端面からの出力光の進行方向を切り替えることができ、これにより、光ビーム4を変調することができる。通常、1次回折波4aを光変調器の出力光として利用する。   The optical axis of the first-order diffracted wave 4a emitted from the emission end face when the high-frequency voltage is supplied is Bragg relative to the optical axis of light (zero-order light) emitted from the emission end face when the supply of the high-frequency voltage is stopped. It is tilted by the diffraction angle. Therefore, by controlling the supply of the high-frequency voltage to the surface acoustic wave generating means 2, the traveling direction of the output light from the emission end face can be switched, whereby the light beam 4 can be modulated. Usually, the first-order diffracted wave 4a is used as the output light of the optical modulator.

光ビーム4の径は、表面弾性波の波長Λ(または表面弾性波3が及ぶ領域の深さ)により規定される。図3および図4には示されていないが、光ビーム4を音響光学媒体1に入射させるための光学系として、入射端面に設けられる反射防止膜、反射鏡、非球面レンズなどからなる光学系が用いられる。光ビーム4は、断面形状が楕円形状の平行光束であり、光ビーム4の殆どが、表面弾性波進行領域3の少なくとも一部を通過するように、光ビーム4のビーム径が設定される。   The diameter of the light beam 4 is defined by the wavelength Λ of the surface acoustic wave (or the depth of the region covered by the surface acoustic wave 3). Although not shown in FIGS. 3 and 4, as an optical system for making the light beam 4 incident on the acousto-optic medium 1, an optical system comprising an antireflection film, a reflecting mirror, an aspheric lens, etc. provided on the incident end face Is used. The light beam 4 is a parallel light beam having an elliptical cross section, and the beam diameter of the light beam 4 is set so that most of the light beam 4 passes through at least a part of the surface acoustic wave traveling region 3.

ここでは、図4に示されるように、光ビーム4の断面形状において、深さ方向(X方向)のビーム幅を垂直ビーム幅d(z)、水平方向(Y方向)のビーム幅を水平ビーム幅d(z)と呼ぶ。Here, as shown in FIG. 4, in the cross-sectional shape of the light beam 4, the beam width in the depth direction (X direction) is the vertical beam width d v (z), and the beam width in the horizontal direction (Y direction) is horizontal. Called the beam width d h (z).

光ビームの回折効率を考慮すると、垂直ビーム幅d(z)は表面弾性波3が及ぶ領域(弾性波伝播領域)の深さΛ程度、あるいはΛよりやや小さいことが望ましい。なぜならば表面弾性波3が及ばない領域を通過する光ビームの部分が増大すると、その光ビーム部分は回折されないため、変調時の消光比が低下するからである。しかしながら、光ビームの楕円断面形状の縁の部分の面積は小さく、垂直ビーム幅がZ方向の位置に依存してやや広がる分布を有する。このことを考慮し、垂直ビーム幅d(z)は1.2×Λより小さくすることが望ましい。この条件を満たすことで、消光比の低下の度合いをディスプレイにおける通常の仕様である5%以下に抑えることができる。Considering the diffraction efficiency of the light beam, the vertical beam width d v (z) is preferably about the depth Λ of the region (elastic wave propagation region) covered by the surface acoustic wave 3 or slightly smaller than Λ. This is because when the portion of the light beam that passes through the region where the surface acoustic wave 3 does not reach is increased, the light beam portion is not diffracted, so that the extinction ratio during modulation decreases. However, the area of the edge portion of the elliptical cross-sectional shape of the light beam is small, and the vertical beam width has a distribution that slightly spreads depending on the position in the Z direction. Considering this, it is desirable that the vertical beam width d v (z) is smaller than 1.2 × Λ. By satisfying this condition, the degree of reduction in the extinction ratio can be suppressed to 5% or less, which is a normal specification for a display.

ビームの断面積が小さくなると、高い消光比が得られるが、光密度が高くなるので、使用できる光ビームの強度が制限される。詳細は後述するが、水晶を用いた場合の光ビーム強度は、垂直ビーム幅がΛのとき、最大で200mW程度である。ディスプレイに要求される光ビーム強度は、画面の大きさや構成に依存し、通常20mW〜200mWである。従って垂直ビーム幅d(z)は、0.1×Λより大きくすることが望ましい。When the beam cross-sectional area is reduced, a high extinction ratio can be obtained, but the light density is increased, so that the intensity of the light beam that can be used is limited. Although details will be described later, the light beam intensity in the case of using quartz is about 200 mW at the maximum when the vertical beam width is Λ. The light beam intensity required for the display depends on the size and configuration of the screen, and is usually 20 mW to 200 mW. Therefore, it is desirable that the vertical beam width d v (z) is larger than 0.1 × Λ.

これらの条件により、表面弾性波進行領域3の深さをΛ(深さΛは、線状電極の間隔に相当する)、幅をL(幅Lは、線状電極の交差部の幅に相当する)とするとき、任意のz(0≦z≦L)に対して、垂直ビーム幅d(z)は、0.1×Λ<d(z)<1.2×Λの条件を満たす。より望ましくは、垂直ビーム幅d(z)は、0.7×Λ<d(z)<Λの条件を満たす。ここで、表面弾性波進行領域3の幅方向は、深さ方向(X方向)および進行方向(Y方向)のそれぞれに垂直な方向(Z方向)である。深さΛは、例えば、30μm程度である。Under these conditions, the surface acoustic wave traveling region 3 has a depth Λ (the depth Λ corresponds to the interval between the linear electrodes) and a width L (the width L corresponds to the width of the intersection of the linear electrodes). The vertical beam width d v (z) satisfies the condition of 0.1 × Λ <d v (z) <1.2 × Λ for an arbitrary z (0 ≦ z ≦ L). Fulfill. More preferably, the vertical beam width d v (z) satisfies the condition of 0.7 × Λ <d v (z) <Λ. Here, the width direction of the surface acoustic wave traveling region 3 is a direction (Z direction) perpendicular to the depth direction (X direction) and the traveling direction (Y direction). The depth Λ is, for example, about 30 μm.

Y方向の水平ビーム幅d(z)は、弾性波発生手段である表面弾性波発生手段(または界面弾性波発生手段)の駆動周波数fを表面弾性波(または界面弾性波)の伝播速度vで割った値W(=v/f)、あるいはそれより小さい値である。なぜなら水平ビーム幅がWより大きいと、個々の変調信号を十分に分離できなくなり、ディスプレイ画像の解像度が低下するからである。The horizontal beam width d h (z) in the Y direction is determined by setting the driving frequency f of the surface acoustic wave generating means (or the interfacial elastic wave generating means), which is the elastic wave generating means, to the propagation velocity v of the surface acoustic wave (or the interfacial elastic wave). A value W divided by (= v / f) or a smaller value. This is because if the horizontal beam width is larger than W, the individual modulation signals cannot be sufficiently separated, and the resolution of the display image is lowered.

また水平ビーム幅d(z)は2×Λより大きくなくてはならない。なぜなら、水平ビーム幅の中に入る表面弾性波の数(1波長で1個と数えたときの)が3個より少ないと、回折効率が低下するからである。高い回折効率を得るには、変調周波数fをv/2Λより小さくする必要がある。The horizontal beam width d h (z) must be greater than 2 × Λ. This is because if the number of surface acoustic waves that fall within the horizontal beam width (when counted as one at one wavelength) is less than 3, the diffraction efficiency decreases. In order to obtain high diffraction efficiency, it is necessary to make the modulation frequency f smaller than v / 2Λ.

結局、光変調器を周波数f(MHz)で駆動する場合、表面弾性波の伝播速度vに対して、Y方向の水平ビーム幅d(z)は、2×Λ<d(z)≦W(=v/f>2×Λ)の条件を満たす。After all, when the optical modulator is driven at the frequency f (MHz), the horizontal beam width d h (z) in the Y direction is 2 × Λ <d h (z) ≦ with respect to the propagation velocity v of the surface acoustic wave. The condition of W (= v / f> 2 × Λ) is satisfied.

本実施形態では、1次回折波4aを光変調器の出力光として用いるので、1次回折波4aの光量(輝度)を大きくすることで、消光比を高めることができる。1次回折波4aの光量(輝度)は、表面弾性波進行領域3に入射する光ビームの量に比例する。上述した垂直ビーム幅d(z)および水平ビーム幅d(z)の各条件を満たすことで、光ビーム4の殆どが表面弾性波進行領域3を通過することになる。これにより、消光比を高くすることができる。In the present embodiment, since the first-order diffracted wave 4a is used as output light of the optical modulator, the extinction ratio can be increased by increasing the light amount (luminance) of the first-order diffracted wave 4a. The amount of light (luminance) of the first-order diffracted wave 4 a is proportional to the amount of light beam incident on the surface acoustic wave traveling region 3. By satisfying the above-mentioned conditions of the vertical beam width d v (z) and the horizontal beam width d h (z), most of the light beam 4 passes through the surface acoustic wave traveling region 3. Thereby, the extinction ratio can be increased.

また、上記の各条件を満たすように光ビーム4のビーム径を設定することで、光変調器の駆動周波数fを高く設定した場合も、光ビーム4の殆どが表面弾性波進行領域3を通過することになる。したがって、例えば30MHz以上の高帯域で変調する場合でも、消光比を高くすることができる。   Further, by setting the beam diameter of the light beam 4 so as to satisfy the above conditions, most of the light beam 4 passes through the surface acoustic wave traveling region 3 even when the drive frequency f of the optical modulator is set high. Will do. Therefore, for example, even when modulation is performed in a high band of 30 MHz or higher, the extinction ratio can be increased.

また、本実施形態の光変調器は、非特許文献1に記載されたような導波路型音響光学素子とは異なり、音響光学媒体1内に導波路構造を持たない。加えて、音響光学媒体1は、光損傷耐性に優れた材料(水晶や、不純物をドープした音響光学材料)により構成されている。このため、高出力の光ビーム、例えば100mW以上の光ビームを変調する場合に、音響光学媒体1が損傷してしまう、といった問題は生じない。   Further, unlike the waveguide type acoustooptic device described in Non-Patent Document 1, the optical modulator of this embodiment does not have a waveguide structure in the acoustooptic medium 1. In addition, the acousto-optic medium 1 is made of a material (crystal or acousto-optic material doped with impurities) having excellent optical damage resistance. For this reason, there is no problem that the acoustooptic medium 1 is damaged when a high-power light beam, for example, a light beam of 100 mW or more is modulated.

加えて、シングルモードの光ビームが音響光学媒体1内に入射した場合、その入射光は、シングルモードを維持したまま表面弾性波進行領域3を通過する。ブラッグ回折の条件を満たす場合、1次回折波4a以外の高次の回折波は小さく、無視することができる。よって、シングルモードの1次回折波4aを得ることができる。このように、本実施形態の光変調器によれば、シングルモードの出力光を得ることができる。シングルモードの1次回折波4aを得るために、光ビームとしてガウシアンビームを用いることが望ましい。   In addition, when a single mode light beam enters the acoustooptic medium 1, the incident light passes through the surface acoustic wave traveling region 3 while maintaining the single mode. When the conditions for Bragg diffraction are satisfied, high-order diffracted waves other than the first-order diffracted wave 4a are small and can be ignored. Therefore, the single-mode primary diffraction wave 4a can be obtained. Thus, according to the optical modulator of this embodiment, single-mode output light can be obtained. In order to obtain the single-mode first-order diffracted wave 4a, it is desirable to use a Gaussian beam as the light beam.

さらに、導波路型音響光学素子では、相互作用長Lを2mm以上にする必要があったが、本実施形態の光変調器によれば、例えば、表面弾性波進行領域3の深さ(表面弾性波の波長に対応する)を20μmとした場合、相互作用長Lは400μmとなる。このように、相互作用長Lを小さくすることができるので、光変調器の小型化が可能である。   Furthermore, in the waveguide type acoustooptic device, the interaction length L needs to be 2 mm or more. However, according to the optical modulator of this embodiment, for example, the depth of the surface acoustic wave traveling region 3 (surface elasticity) (Corresponding to the wave wavelength) is 20 μm, the interaction length L is 400 μm. Thus, since the interaction length L can be reduced, the optical modulator can be miniaturized.

また、導波路型音響光学素子では、相互作用が生じる領域は導波路内に限られており、その領域は、たかだか入射光の波長程度の狭い領域である。したがって、例えば、波長が20μmの表面弾性波を発生させた場合、表面弾性波の及ぶ領域の深さは20μmであるが、導波路内の狭い領域でしか相互作用は生じないため、表面弾性波のエネルギー利用率は低い。これに対して、本実施形態の光変調器によれば、光ビーム4のビーム径は、表面弾性波進行領域3の深さおよび相互作用長に応じて設定される。換言すると、表面弾性波進行領域3の全体に光ビーム4を入射させるような条件を設定することができる。これにより、表面弾性波進行領域3内の広い領域において相互作用を生じさせることができ、表面弾性波のエネルギー利用率を向上することができる。   In the waveguide acousto-optic device, the region where the interaction occurs is limited to the inside of the waveguide, and the region is a region that is at most as narrow as the wavelength of incident light. Therefore, for example, when a surface acoustic wave having a wavelength of 20 μm is generated, the depth of the region covered by the surface acoustic wave is 20 μm, but the interaction occurs only in a narrow region in the waveguide. The energy utilization rate is low. On the other hand, according to the optical modulator of the present embodiment, the beam diameter of the light beam 4 is set according to the depth of the surface acoustic wave traveling region 3 and the interaction length. In other words, it is possible to set conditions such that the light beam 4 is incident on the entire surface acoustic wave traveling region 3. Thereby, an interaction can be generated in a wide region in the surface acoustic wave traveling region 3, and the energy utilization rate of the surface acoustic wave can be improved.

また、表面弾性波発生手段2を櫛形電極により構成することで、圧電振動子に比べて、電極面積(容量)および駆動電圧を小さくができ、消費電力を小さくできる。よって、低消費電力で小型の素子を提供することが可能である。加えて、駆動周波数の高い櫛形電極を用いることで、例えば20MHz以上の高帯域での駆動が可能な光変調器を提供することができる。   Further, by forming the surface acoustic wave generating means 2 with comb-shaped electrodes, the electrode area (capacitance) and the driving voltage can be reduced and the power consumption can be reduced as compared with the piezoelectric vibrator. Therefore, a small element with low power consumption can be provided. In addition, by using a comb electrode having a high driving frequency, an optical modulator capable of driving in a high band of, for example, 20 MHz or more can be provided.

(第2の実施形態)
光ビームを表面弾性波進行領域3内に効率よく入射させるためには、光学系を用いて、光ビーム径を絞ることが望ましい。ここでは、そのような光学系を備える実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
In order to make the light beam efficiently enter the surface acoustic wave traveling region 3, it is desirable to reduce the diameter of the light beam using an optical system. Here, an embodiment including such an optical system will be described.

図5は、本発明の第2の実施形態である光変調器の構成を説明するための図であって、矢印100Aによって示される部分図は、光変調器の上面側から見た模式図であり、矢印100Bによって示される部分図は、光変調器の側面側から見た模式図である。図5に示すように、櫛形電極102が表面に形成された圧電材料108が支持基板101上に形成されている。圧電材料108は、例えば水晶である。支持基板101の材料は、例えばシリコン(Si)である。   FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration of an optical modulator according to the second embodiment of the present invention, and a partial view indicated by an arrow 100A is a schematic diagram viewed from the upper surface side of the optical modulator. The partial view indicated by the arrow 100B is a schematic view seen from the side of the optical modulator. As shown in FIG. 5, a piezoelectric material 108 having comb-shaped electrodes 102 formed on the surface is formed on a support substrate 101. The piezoelectric material 108 is, for example, quartz. The material of the support substrate 101 is, for example, silicon (Si).

櫛形電極102は、表面弾性波発生手段であって、互いの櫛歯に相当する線状電極が交互に配置された第1および第2の櫛形電極からなり、各線状電極間の間隔は等間隔である。高周波電圧を第1および第2の櫛形電極の間に供給することで、圧電材料108の表面近傍に、表面弾性波110aが発生する。圧電材料108が水晶より構成される場合、表面弾性波110aの進行速度は3157m/sである。   The comb-shaped electrode 102 is a surface acoustic wave generating means, and includes first and second comb-shaped electrodes in which linear electrodes corresponding to each other's comb teeth are alternately arranged, and the intervals between the linear electrodes are equal. It is. By supplying a high-frequency voltage between the first and second comb electrodes, a surface acoustic wave 110 a is generated near the surface of the piezoelectric material 108. When the piezoelectric material 108 is made of quartz, the traveling speed of the surface acoustic wave 110a is 3157 m / s.

第1の櫛形電極の周期(櫛歯の間隔)と第2の櫛形電極の周期(櫛歯の間隔)は同じであり、ここでは、第1および第2の櫛形電極のそれぞれの周期をΛとする。また、櫛形電極102の相互作用長をLとする。表面弾性波110aが及ぶ領域(弾性波伝播領域)は同一の材料からなり、その表面からの深さは、周期Λに同じである。   The period of the first comb electrode (interval of the comb teeth) and the period of the second comb electrode (interval of the comb teeth) are the same. Here, the period of each of the first and second comb electrodes is Λ To do. Further, the interaction length of the comb electrode 102 is L. The region (surface acoustic wave propagation region) covered by the surface acoustic wave 110a is made of the same material, and the depth from the surface is the same as the period Λ.

圧電材料108内の、櫛形電極102にて発生した表面弾性波110aの進行方向には、この表面弾性波110aを吸収するための超音波吸収部103が形成されている。超音波吸収部103の表面弾性波進行方向に垂直な方向における断面積は、弾性波伝播領域の断面積以上とすることが望ましい。超音波(表面弾性波や海面弾性波)を吸収できるのであれば、超音波吸収部103としてどのような材料や形状のものを用いてもよい。   An ultrasonic wave absorbing portion 103 for absorbing the surface acoustic wave 110 a is formed in the traveling direction of the surface acoustic wave 110 a generated by the comb electrode 102 in the piezoelectric material 108. It is desirable that the cross-sectional area in the direction perpendicular to the surface acoustic wave traveling direction of the ultrasonic absorber 103 is equal to or larger than the cross-sectional area of the elastic wave propagation region. Any material or shape may be used as the ultrasonic absorber 103 as long as it can absorb ultrasonic waves (surface acoustic waves and sea surface acoustic waves).

圧電材料108の端面のうち、表面弾性波110aの進行方向と交差する方向に位置する端面の一方が入射端面とされ、他方が出射端面とされている。前端反射防止膜106が入射端面上に形成され、後端反射防止膜107が出射端面上に形成されている。支持基板101上には、さらに集光レンズ105a、105bがそれぞれ光学冶具109a、109bを介して設けられている。   Of the end faces of the piezoelectric material 108, one of the end faces located in the direction intersecting with the traveling direction of the surface acoustic wave 110a is the incident end face, and the other is the exit end face. A front end antireflection film 106 is formed on the incident end face, and a rear end antireflection film 107 is formed on the output end face. On the support substrate 101, condensing lenses 105a and 105b are further provided via optical jigs 109a and 109b, respectively.

集光レンズ105aは、入射光ビーム104を集光する。入射光ビーム104は、平行光束である。集光レンズ105aにより集光された光ビームは、圧電材料108の入射端面から圧電材料108内に入射する。この入射した光ビームは、表面弾性波110aが及ぶ領域に対して所定の入射角で入射する。ここで、所定の入射角は、ブラッグ回折が生じるような条件を満たす角度である。   The condensing lens 105 a condenses the incident light beam 104. The incident light beam 104 is a parallel light beam. The light beam condensed by the condenser lens 105 a enters the piezoelectric material 108 from the incident end face of the piezoelectric material 108. The incident light beam is incident on the region covered by the surface acoustic wave 110a at a predetermined incident angle. Here, the predetermined incident angle is an angle that satisfies a condition that causes Bragg diffraction.

集光レンズ105aによって集光された光ビームの、表面弾性波110aが及ぶ領域における断面の形状は楕円形状であり、その断面における垂直ビーム幅dおよび水平ビーム幅Wが、前述の垂直ビーム幅d(z)および水平ビーム幅d(z)に関する各条件を満たす。垂直ビーム幅dおよび水平ビーム幅Wは、集光レンズ105aの位置、焦点距離、向き(光軸方向)等により調整することが可能である。The shape of the cross section of the light beam collected by the condensing lens 105a in the region covered by the surface acoustic wave 110a is an elliptical shape, and the vertical beam width d and horizontal beam width W in the cross section are the aforementioned vertical beam width d. Each condition regarding v (z) and horizontal beam width d h (z) is satisfied. The vertical beam width d and the horizontal beam width W can be adjusted by the position, focal length, direction (optical axis direction), etc. of the condenser lens 105a.

集光レンズ105bは、圧電材料108の出射端面からの光ビーム(ここでは、回折光ビーム104a)の進行方向に設けられている。回折光ビーム104aは拡散光(一次回折光)であり、集光レンズ105bは、回折光ビーム104aを平行光束にするために用いる。回折光ビーム104aの、その進行方向と交差する方向における断面の中心を通る光線(この光線軌跡は回折光ビーム104aの光軸に対応する)は、集光レンズ105bの光軸と一致する。回折光ビーム104aの光軸と、高周波電圧の供給を停止した場合に出射端面から出射される出射光ビーム104b(0次光)の光軸とのなす角度は2θである。この角度2θは、ブラッグ回折角に等しい。   The condensing lens 105b is provided in the traveling direction of the light beam (here, the diffracted light beam 104a) from the emission end face of the piezoelectric material 108. The diffracted light beam 104a is diffused light (first-order diffracted light), and the condenser lens 105b is used to make the diffracted light beam 104a a parallel light beam. A light ray passing through the center of the cross section of the diffracted light beam 104a in a direction intersecting the traveling direction (this light ray locus corresponds to the optical axis of the diffracted light beam 104a) coincides with the optical axis of the condenser lens 105b. The angle between the optical axis of the diffracted light beam 104a and the optical axis of the outgoing light beam 104b (0th-order light) emitted from the outgoing end face when the supply of the high-frequency voltage is stopped is 2θ. This angle 2θ is equal to the Bragg diffraction angle.

次に、本実施形態の光変調器の動作について説明する。   Next, the operation of the optical modulator of this embodiment will be described.

高周波電圧が櫛形電極102に供給されると、圧電材料108の表面近傍に表面弾性波110aが発生する。入射光ビーム104を集光レンズ105aにより集光した光ビームが、表面弾性波110aが及ぶ領域を通過する際にブラッグ回折が生じ、その結果、回折光ビーム104aが圧電材料108の出射端面から出射される。回折光ビーム104aは、集光レンズ105bにより平行光束とされる。この平行光束とされた回折光ビーム104aが、光変調器の出力光として用いられる。   When a high-frequency voltage is supplied to the comb electrode 102, a surface acoustic wave 110a is generated near the surface of the piezoelectric material 108. Bragg diffraction occurs when the light beam obtained by condensing the incident light beam 104 by the condenser lens 105a passes through the region covered by the surface acoustic wave 110a. As a result, the diffracted light beam 104a is emitted from the emission end face of the piezoelectric material 108. Is done. The diffracted light beam 104a is converted into a parallel light beam by the condenser lens 105b. The diffracted light beam 104a formed into the parallel light beam is used as output light of the light modulator.

櫛形電極102への高周波電圧の供給が停止されると、表面弾性波110aが発生しないため、集光レンズ105aにより集光した光ビームは、回折することなく、そのまま圧電材料108内を伝播する。そして、出射光ビーム104bが出射端面から出射される。出射光ビーム104bは、光変調器の出力光である回折光ビーム104aの光路から外れる。   When the supply of the high-frequency voltage to the comb-shaped electrode 102 is stopped, the surface acoustic wave 110a is not generated. Therefore, the light beam condensed by the condenser lens 105a propagates in the piezoelectric material 108 without being diffracted. Then, the emitted light beam 104b is emitted from the emission end face. The outgoing light beam 104b deviates from the optical path of the diffracted light beam 104a that is the output light of the optical modulator.

このように、櫛形電極102への高周波電圧の供給を制御することで、光変調器の出力光(回折光ビーム104a)のオンオフを制御することができる。   Thus, by controlling the supply of the high-frequency voltage to the comb-shaped electrode 102, the on / off of the output light (diffracted light beam 104a) of the optical modulator can be controlled.

本実施形態の光変調器によっても、第1の実施形態で説明した作用効果を得ることができる。   The effects described in the first embodiment can also be obtained by the optical modulator of this embodiment.

図6は、光ビームの直径のビーム伝播距離依存性を示す。縦軸は光ビームの直径rを示し、横軸はビームの伝播方向xを示す。伝播方向xが0である点が、表面弾性波の及ぶ領域における、光ビームの入射位置に対応する。R光ビーム(630nm)のグラフが一点鎖線で示され、G光ビーム(530nm)のグラフが破線で示され、B光ビーム(470nm)のグラフが実線で示されている。表面弾性波の及ぶ領域の深さΛは、〜20μmである。   FIG. 6 shows the beam propagation distance dependence of the diameter of the light beam. The vertical axis represents the diameter r of the light beam, and the horizontal axis represents the beam propagation direction x. The point where the propagation direction x is 0 corresponds to the incident position of the light beam in the region covered by the surface acoustic wave. The graph of the R light beam (630 nm) is indicated by a one-dot chain line, the graph of the G light beam (530 nm) is indicated by a broken line, and the graph of the B light beam (470 nm) is indicated by a solid line. The depth Λ of the region covered with the surface acoustic wave is ˜20 μm.

R光ビーム、G光ビームおよびB光ビームのいずれの光ビームにおいても、垂直ビーム幅dが15μmであれば、相互作用長Lが2mmで、表面弾性波の及ぶ領域の深さΛが20μmである領域内に、光ビームを収めることができる。   In any of the R light beam, G light beam, and B light beam, if the vertical beam width d is 15 μm, the interaction length L is 2 mm, and the depth Λ of the region covered by the surface acoustic wave is 20 μm. The light beam can be contained within a certain area.

なお、光ビームの垂直ビーム幅dおよび水平ビーム幅W、表面弾性波の及ぶ領域の深さΛ、および相互作用長Lは、回折効率、光損傷耐性、光密度、素子サイズ等を考慮して適宜に設定することが望ましい。例えば、垂直ビーム幅dが15μmで、深さΛが20μmである場合、相互作用長Lを400μm程度にしてもよい。このような設定においても、回折効率や光損傷耐性を損なうことなく、素子サイズを小さくすることができる。   Note that the vertical beam width d and horizontal beam width W of the light beam, the depth Λ of the region covered by the surface acoustic wave, and the interaction length L take into account diffraction efficiency, light damage resistance, light density, element size, and the like. It is desirable to set appropriately. For example, when the vertical beam width d is 15 μm and the depth Λ is 20 μm, the interaction length L may be about 400 μm. Even in such a setting, the element size can be reduced without impairing the diffraction efficiency and light damage resistance.

また、垂直ビーム幅dや水平ビーム幅Wを小さくした場合は、焦点距離の短い集光レンズを用いることになる。焦点距離の短い集光レンズを用いることで、集光レンズと圧電材料108の間隔を小さくすることが可能となり、その分、光変調器のサイズを小さくすることができる。垂直ビーム幅dおよび水平ビーム幅Wは、表面弾性波の及ぶ領域の深さΛおよび相互作用長Lにより決まる。   Further, when the vertical beam width d and the horizontal beam width W are reduced, a condensing lens having a short focal length is used. By using a condensing lens with a short focal length, the distance between the condensing lens and the piezoelectric material 108 can be reduced, and the size of the optical modulator can be reduced accordingly. The vertical beam width d and the horizontal beam width W are determined by the depth Λ and the interaction length L of the region covered by the surface acoustic wave.

本実施形態の光変調器によれば、例えば、相互作用長Lを2mmから400μmに削減することができるので、素子サイズを小さくすることができる。   According to the optical modulator of this embodiment, for example, since the interaction length L can be reduced from 2 mm to 400 μm, the element size can be reduced.

また、20MHzの変調周波数で変調器を駆動する場合において、深さΛを20μmとし、水平ビーム幅Wを105μmとする。水晶の可視光における最大許容光密度は、100W/mm2以上であり、最大許容光出力は、Further, when the modulator is driven at a modulation frequency of 20 MHz, the depth Λ is 20 μm and the horizontal beam width W is 105 μm. The maximum allowable light density in the visible light of quartz is 100 W / mm 2 or more, and the maximum allowable light output is

Figure 2010001852
で与えられる。これは、大型ディスプレイ用のレーザ光源に必要なレベルの光出力を得ることが可能であることを意味する。すなわち、本実施形態の光変調器によれば、200mW以上の大出力の可視光を30MHz以上の高帯域で変調するディスプレイ用の光ビーム変調器を提供することが可能である。
Figure 2010001852
Given in. This means that it is possible to obtain a light output of a level necessary for a laser light source for a large display. That is, according to the light modulator of the present embodiment, it is possible to provide a light beam modulator for display that modulates high-power visible light of 200 mW or more in a high band of 30 MHz or more.

(第3の実施形態)
表面弾性波が及ぶ領域の深さ方向における範囲を広げることで、より高出力の光ビームを変調することが可能となる。ここでは、そのような高出力の光ビームを変調可能な光変調器の構成について説明する。
(Third embodiment)
By expanding the range in the depth direction of the region covered by the surface acoustic wave, it becomes possible to modulate a light beam with higher output. Here, a configuration of an optical modulator capable of modulating such a high-output light beam will be described.

図7は、本発明の第3の実施形態である光変調器の構成を説明するための模式図である。この光変調器は、表面弾性波発生手段(櫛形電極)が圧電材料の表面および裏面のそれぞれに設けられた点以外は、第2の実施形態の光変調器と同様の構成のものである。   FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the configuration of the optical modulator according to the third embodiment of the present invention. This optical modulator has the same configuration as that of the optical modulator of the second embodiment, except that surface acoustic wave generating means (comb-shaped electrodes) are provided on each of the front and back surfaces of the piezoelectric material.

表面櫛形電極102aが圧電材料108の表面に形成され、裏面櫛形電極102bが圧電材料108の裏面に形成されている。表面櫛形電極102aおよび裏面櫛形電極102bはいずれも、図5に示した櫛形電極102と同じ構成であって、互いの櫛歯に相当する線状電極が交互に配置された第1および第2の櫛形電極からなり、各線状電極間の間隔は等間隔である。   The front surface comb electrode 102 a is formed on the surface of the piezoelectric material 108, and the back surface comb electrode 102 b is formed on the back surface of the piezoelectric material 108. Each of the front comb electrode 102a and the back comb electrode 102b has the same configuration as the comb electrode 102 shown in FIG. 5, and the first and second linear electrodes corresponding to the comb teeth are alternately arranged. Composed of comb-shaped electrodes, the intervals between the linear electrodes are equal.

表面櫛形電極102aの第1および第2の櫛形電極はそれぞれ、裏面櫛形電極102bの第1および第2の櫛形電極と対向する位置に配置されている。表面櫛形電極102aおよび裏面櫛形電極102bを構成する第1および第2の櫛形電極のそれぞれの周期は互いに同じである。ここでは、第1および第2の櫛形電極の周期をΛとする。   The first and second comb electrodes of the front surface comb electrode 102a are disposed at positions facing the first and second comb electrodes of the back surface comb electrode 102b, respectively. The periods of the first and second comb electrodes constituting the front comb electrode 102a and the back comb electrode 102b are the same. Here, the period of the first and second comb electrodes is Λ.

表面櫛形電極102aに高周波電圧を印加することで、圧電材料108の表面櫛形電極102aが設けられた面の表面近傍に、波長Λの第1の表面弾性波が発生する。これと同様に、裏面櫛形電極102bに高周波電圧を印加することで、圧電材料108の裏面櫛形電極102bが設けられた面の表面近傍に、波長Λの第2の表面弾性波が発生する。第1および第2の表面弾性波の進行方向は同じである。また、第1の表面弾性波の進行方向に沿って形成される屈折率の周期的な変化も、第2の表面弾性波の進行方向に沿って形成される屈折率の周期的な変化と同じである。したがって、第1の表面弾性波の及ぶ領域と第2の表面弾性波の及ぶ領域とが、その深さ方向において互いに重なる場合は、第1および第2の表面弾性波は統合された1つの表面弾性波とみなすことができる。   By applying a high-frequency voltage to the surface comb electrode 102a, a first surface acoustic wave having a wavelength Λ is generated near the surface of the piezoelectric material 108 on which the surface comb electrode 102a is provided. Similarly, by applying a high frequency voltage to the back comb electrode 102b, a second surface acoustic wave having a wavelength Λ is generated in the vicinity of the surface of the surface of the piezoelectric material 108 on which the back comb electrode 102b is provided. The traveling directions of the first and second surface acoustic waves are the same. The periodic change in the refractive index formed along the traveling direction of the first surface acoustic wave is the same as the periodic change in the refractive index formed along the traveling direction of the second surface acoustic wave. It is. Therefore, when the region covered by the first surface acoustic wave and the region covered by the second surface acoustic wave overlap each other in the depth direction, the first and second surface acoustic waves are integrated into one surface. It can be regarded as an elastic wave.

第1の表面弾性波の及ぶ領域の、表面櫛形電極102aが形成された面側からの深さはΛであり、第2の表面弾性波の及ぶ領域の、裏面櫛形電極102bが形成された面からの深さもΛである。したがって、表面櫛形電極102aが形成された面と裏面櫛形電極102bが形成された面との間隔が2Λ以下であれば、第1の表面弾性波の及ぶ領域と第2の表面弾性波の及ぶ領域とが、その深さ方向において互いに重なる。本実施形態では、第1の表面弾性波の及ぶ領域と第2の表面弾性波の及ぶ領域とが、その深さ方向において互いに重なるように、圧電材料108の厚さが設定されている。   The depth of the region covered with the first surface acoustic wave from the surface side on which the surface comb-shaped electrode 102a is formed is Λ, and the region covered with the second surface acoustic wave on which the back surface comb-shaped electrode 102b is formed. The depth from is also Λ. Therefore, if the distance between the surface on which the front surface comb-shaped electrode 102a is formed and the surface on which the rear surface comb-shaped electrode 102b is formed is 2Λ or less, the region covered by the first surface acoustic wave and the region covered by the second surface acoustic wave Overlap with each other in the depth direction. In the present embodiment, the thickness of the piezoelectric material 108 is set so that the region covered by the first surface acoustic wave and the region covered by the second surface acoustic wave overlap each other in the depth direction.

また、本実施形態においては、集光レンズ105aにより集光された光ビームは、第1および第2の表面弾性波の及ぶ領域に対して所定の入射角で入射する。ここで、所定の入射角は、ブラッグ回折が生じるような条件を満たす角度である。   In the present embodiment, the light beam collected by the condenser lens 105a is incident at a predetermined incident angle on the region covered by the first and second surface acoustic waves. Here, the predetermined incident angle is an angle that satisfies a condition that causes Bragg diffraction.

また、集光レンズ105aによって集光された光ビームの、第1および第2の表面弾性波の及ぶ領域における断面の形状は楕円形状であり、その断面における垂直ビーム幅dおよび水平ビーム幅Wが、前述の垂直ビーム幅d(z)および水平ビーム幅d(z)に関する各条件を満たす。Further, the shape of the cross section of the light beam collected by the condensing lens 105a in the region where the first and second surface acoustic waves reach is an elliptical shape, and the vertical beam width d and the horizontal beam width W in the cross section are Each condition regarding the vertical beam width d v (z) and the horizontal beam width d h (z) is satisfied.

以上のように構成された本実施形態の光変調器によれば、第2の実施形態のものに比べて、表面弾性波の及ぶ領域の深さ方向における範囲を、最大で2倍程度、広げることができるので、その分、変調可能な光ビームの出力を高めることができる。具体的には、第2の実施形態のもので、200mWの光ビームを変調可能である場合、本実施形態では、その2倍の400W程度の光ビームを変調可能である。このように、より大出力のディスプレイ用の光ビーム変調器を提供することが可能である。   According to the optical modulator of the present embodiment configured as described above, the range in the depth direction of the region covered by the surface acoustic wave is expanded by about twice as much as that of the second embodiment. Therefore, the output of the light beam that can be modulated can be increased accordingly. Specifically, in the second embodiment, when a 200 mW light beam can be modulated, in this embodiment, a light beam of about 400 W, which is twice that, can be modulated. In this way, it is possible to provide a light beam modulator for a display having a higher output.

(第4の実施形態)
第1から第3の実施形態の光変調器は表面弾性波を利用するものであるが、表面弾性波に代えて界面弾性波を利用することもできる。ここでは、そのような界面弾性波を利用して光ビームを変調する光変調器の構成について説明する。
(Fourth embodiment)
The optical modulators of the first to third embodiments use surface acoustic waves, but it is also possible to use interface acoustic waves instead of surface acoustic waves. Here, the configuration of an optical modulator that modulates a light beam using such an interfacial acoustic wave will be described.

図8は、本発明の第4の実施形態である光変調器の構成を説明するための図であって、矢印200Aによって示される部分図は、光変調器の上面側から見た模式図であり、矢印200Bによって示される部分図は、光変調器の側面側から見た模式図である。この光変調器は、表面弾性波発生手段に代えて界面弾性波発生手段が設けられた点以外は、第2の実施形態の光変調器と同様の構成のものである。   FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration of the optical modulator according to the fourth embodiment of the present invention, and a partial view indicated by an arrow 200A is a schematic view seen from the upper surface side of the optical modulator. The partial view indicated by the arrow 200B is a schematic view seen from the side of the optical modulator. This optical modulator has the same configuration as that of the optical modulator of the second embodiment except that an interfacial acoustic wave generating means is provided in place of the surface acoustic wave generating means.

図8に示すように、界面弾性波発生手段である埋め込み櫛形電極112が圧電材料108内に形成されている。埋め込み櫛形電極112は、互いの櫛歯に相当する線状電極が交互に配置された第1および第2の櫛形電極からなり、各線状電極間の間隔は等間隔である。第1の櫛形電極の周期(櫛歯の間隔)と第2の櫛形電極の周期(櫛歯の間隔)は同じである。ここでは、第1および第2の櫛形電極のそれぞれの周期をΛとする。また、櫛形電極102の相互作用長をLとする。   As shown in FIG. 8, a buried comb-shaped electrode 112 that is an interfacial acoustic wave generating means is formed in the piezoelectric material 108. The embedded comb-shaped electrode 112 is composed of first and second comb-shaped electrodes in which linear electrodes corresponding to mutual comb teeth are alternately arranged, and the intervals between the linear electrodes are equal. The period of the first comb electrode (interval of comb teeth) and the period of the second comb electrode (interval of comb teeth) are the same. Here, each period of the first and second comb electrodes is Λ. Further, the interaction length of the comb electrode 102 is L.

高周波電圧を第1および第2の櫛形電極の間に供給することで、圧電材料108内に波長Λの界面弾性波110bが発生する。界面弾性波110bの伝播速度は、表面弾性波の伝播速度より速い。   By supplying a high-frequency voltage between the first and second comb electrodes, an interfacial elastic wave 110b having a wavelength Λ is generated in the piezoelectric material 108. The propagation speed of the interfacial elastic wave 110b is faster than the propagation speed of the surface acoustic wave.

界面弾性波110bは、圧電材料108内の、各線状電極を含む平面(入射端面および出射端面のそれぞれと交差する平面)の近傍を、線状電極の長手方向と交差する方向に向かって進行する。界面弾性波110bが及ぶ領域(弾性波伝播領域)は同一の材料からなる。各線状電極を含む平面に垂直な方向(圧電材料の深さ方向)において、界面弾性波110bは、その平面の上下方向にそれぞれ存在し、その深さはともに波長Λ程度とされる。したがって、界面弾性波110bが及ぶ領域の深さ方向における範囲は2Λ程度となる。光ビームと界面弾性波との相互作用領域として、界面弾性波110bが及ぶ領域全体(深さ2Λ)を用いることが可能であるが、本実施形態では、便宜上、界面弾性波110bが及ぶ領域のうち、各線状電極を含む平面の下方に位置する領域(深さΛ)を相互作用領域として用いる。   The interfacial acoustic wave 110b travels in the vicinity of a plane (a plane intersecting with each of the incident end face and the exit end face) including each linear electrode in the piezoelectric material 108 in a direction intersecting with the longitudinal direction of the linear electrode. . A region (elastic wave propagation region) covered with the interfacial elastic wave 110b is made of the same material. In the direction perpendicular to the plane including each linear electrode (the depth direction of the piezoelectric material), the interfacial acoustic wave 110b exists in the vertical direction of the plane, and the depth of each is approximately the wavelength Λ. Accordingly, the range in the depth direction of the region covered by the interfacial elastic wave 110b is about 2Λ. As the interaction region between the light beam and the interfacial elastic wave, the entire region covered by the interfacial elastic wave 110b (depth 2Λ) can be used. Of these, the region (depth Λ) located below the plane including each linear electrode is used as the interaction region.

圧電材料108内の、界面弾性波110bの進行方向には、この界面弾性波110bを吸収するための超音波吸収部103が形成されている。   An ultrasonic wave absorbing portion 103 for absorbing the interfacial elastic wave 110b is formed in the traveling direction of the interfacial elastic wave 110b in the piezoelectric material 108.

集光レンズ105aにより集光された光ビームは、圧電材料108の入射端面から圧電材料108内に入射する。この入射した光ビームは、界面弾性波110bが及ぶ領域に対して所定の入射角で入射する。ここでは、界面弾性波110bが及ぶ領域は、各線状電極を含む平面の下方に位置する領域とする。所定の入射角は、ブラッグ回折が生じるような条件を満たす角度である。   The light beam condensed by the condenser lens 105 a enters the piezoelectric material 108 from the incident end face of the piezoelectric material 108. The incident light beam is incident on the region covered by the interfacial acoustic wave 110b at a predetermined incident angle. Here, the region covered by the interfacial acoustic wave 110b is a region located below the plane including each linear electrode. The predetermined incident angle is an angle that satisfies a condition that causes Bragg diffraction.

集光レンズ105aによって集光された光ビームの、界面弾性波110bが及ぶ領域における断面の形状は楕円形状であり、その断面における垂直ビーム幅dおよび水平ビーム幅Wが、前述の垂直ビーム幅d(z)および水平ビーム幅d(z)に関する各条件を満たす。垂直ビーム幅dおよび水平ビーム幅Wは、集光レンズ105aの位置、焦点距離、向き(光軸方向)等により調整することが可能である。The shape of the cross section of the light beam collected by the condensing lens 105a in the region where the interfacial acoustic wave 110b reaches is an elliptical shape, and the vertical beam width d and horizontal beam width W in the cross section are the aforementioned vertical beam width d. Each condition regarding v (z) and horizontal beam width d h (z) is satisfied. The vertical beam width d and the horizontal beam width W can be adjusted by the position, focal length, direction (optical axis direction), etc. of the condenser lens 105a.

集光レンズ105bは、圧電材料108の出射端面からの光ビーム(ここでは、回折光ビーム104a)の進行方向に設けられている。回折光ビーム104aは拡散光(一次回折光)であり、集光レンズ105bは、回折光ビーム104aを平行光束にするために用いる。回折光ビーム104aの、その進行方向と交差する方向における断面の中心を通る光線(この光線軌跡は回折光ビーム104aの光軸に対応する)は、集光レンズ105bの光軸と一致する。回折光ビーム104aの光軸と、高周波電圧の供給を停止した場合に出射端面から出射される出射光ビーム104b(0次光)の光軸とのなす角度は2θである。この角度2θは、ブラッグ回折角に等しい。   The condensing lens 105b is provided in the traveling direction of the light beam (here, the diffracted light beam 104a) from the emission end face of the piezoelectric material 108. The diffracted light beam 104a is diffused light (first-order diffracted light), and the condenser lens 105b is used to make the diffracted light beam 104a a parallel light beam. A light ray passing through the center of the cross section of the diffracted light beam 104a in a direction intersecting the traveling direction (this light ray locus corresponds to the optical axis of the diffracted light beam 104a) coincides with the optical axis of the condenser lens 105b. The angle between the optical axis of the diffracted light beam 104a and the optical axis of the outgoing light beam 104b (0th-order light) emitted from the outgoing end face when the supply of the high-frequency voltage is stopped is 2θ. This angle 2θ is equal to the Bragg diffraction angle.

次に、本実施形態の光変調器の動作について説明する。   Next, the operation of the optical modulator of this embodiment will be described.

高周波電圧が埋め込み櫛形電極112に供給されると、圧電材料108内部に界面弾性波110bが発生する。集光レンズ105aからの光ビームが、界面弾性波110bが及ぶ領域を通過する際にブラッグ回折が生じ、その結果、回折光ビーム104aが圧電材料108の出射端面から出射される。回折光ビーム104aは、集光レンズ105bにより平行光束とされる。この平行光束とされた回折光ビーム104aが、光変調器の出力光として用いられる。   When a high frequency voltage is supplied to the embedded comb electrode 112, an interfacial elastic wave 110 b is generated inside the piezoelectric material 108. Bragg diffraction occurs when the light beam from the condenser lens 105a passes through the region covered by the interfacial acoustic wave 110b. As a result, the diffracted light beam 104a is emitted from the emission end face of the piezoelectric material 108. The diffracted light beam 104a is converted into a parallel light beam by the condenser lens 105b. The diffracted light beam 104a formed into the parallel light beam is used as output light of the light modulator.

埋め込み櫛形電極112への高周波電圧の供給が停止されると、界面弾性波110bが発生しないため、集光レンズ105aからの光ビームは、回折することなく、そのまま圧電材料108内を伝播する。そして、出射光ビーム104bが出射端面から出射される。出射光ビーム104bは、光変調器の出力光である回折光ビーム104aの光路から外れる。   When the supply of the high-frequency voltage to the embedded comb electrode 112 is stopped, the interfacial acoustic wave 110b is not generated, so that the light beam from the condenser lens 105a propagates through the piezoelectric material 108 as it is without being diffracted. Then, the emitted light beam 104b is emitted from the emission end face. The outgoing light beam 104b deviates from the optical path of the diffracted light beam 104a that is the output light of the optical modulator.

このように、埋め込み櫛形電極112への高周波電圧の供給を制御することで、光変調器の出力光(回折光ビーム104a)のオンオフを制御することができる。   In this way, by controlling the supply of the high-frequency voltage to the embedded comb electrode 112, the on / off of the output light (diffracted light beam 104a) of the optical modulator can be controlled.

本実施形態の光変調器によっても、第2の実施形態で説明した作用効果を得ることができる。   The effects described in the second embodiment can also be obtained by the optical modulator of this embodiment.

また、界面弾性波110bの伝播速度は、表面弾性波の伝播速度より速いため、表面弾性波を利用する形態に比べて、より高帯域での駆動が可能な光変調器を提供することができる。本実施形態によれば、例えば100MHz以上の高帯域での駆動が可能な光変調器を提供することができる。大型高精細ディスプレイを実現するには、高速変調が可能な光変調器が必要である。本実施形態によれば、高速変調が可能であるので、大型高精細ディスプレイを実現することができる。   In addition, since the propagation speed of the interfacial acoustic wave 110b is faster than the propagation speed of the surface acoustic wave, an optical modulator that can be driven in a higher band can be provided as compared with a form using the surface acoustic wave. . According to the present embodiment, it is possible to provide an optical modulator that can be driven in a high band of, for example, 100 MHz or more. In order to realize a large high-definition display, an optical modulator capable of high-speed modulation is required. According to this embodiment, since high-speed modulation is possible, a large-sized high-definition display can be realized.

(第5の実施形態)
界面弾性波が及ぶ領域の深さ方向における範囲を広げることで、より高出力の光ビームを変調することが可能となる。ここでは、そのような高出力の光ビームを変調可能な光変調器の構成について説明する。
(Fifth embodiment)
By expanding the range in the depth direction of the region covered by the interfacial elastic wave, it becomes possible to modulate a light beam with higher output. Here, a configuration of an optical modulator capable of modulating such a high-output light beam will be described.

図9は、本発明の第5の実施形態である光変調器の構成を説明するための模式図である。この光変調器は、2つの界面弾性波発生手段(櫛形電極)が圧電材料内の深さ方向において対向する部分に設けられた点以外は、第4の実施形態の光変調器と同様の構成のものである。   FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a configuration of an optical modulator according to the fifth embodiment of the present invention. This optical modulator has the same configuration as that of the optical modulator of the fourth embodiment, except that two interfacial acoustic wave generating means (comb-shaped electrodes) are provided in portions facing each other in the depth direction in the piezoelectric material. belongs to.

埋め込み櫛形電極112a、112bが、圧電材料108内部に、深さ方向において対向するように形成されている。埋め込み櫛形電極112a、112bはいずれも、図8に示した埋め込み櫛形電極112と同じ構成であって、互いの櫛歯に相当する線状電極が交互に配置された第1および第2の櫛形電極からなり、各線状電極間の間隔は等間隔である。   Embedded comb electrodes 112a and 112b are formed inside the piezoelectric material 108 so as to face each other in the depth direction. The embedded comb electrodes 112a and 112b have the same configuration as the embedded comb electrode 112 shown in FIG. 8, and first and second comb electrodes in which linear electrodes corresponding to each other's comb teeth are alternately arranged. The intervals between the linear electrodes are equal.

埋め込み櫛形電極112aの第1および第2の櫛形電極はそれぞれ、埋め込み櫛形電極112bの第1および第2の櫛形電極と対向する位置に配置されている。埋め込み櫛形電極112aおよび埋め込み櫛形電極112bを構成する第1および第2の櫛形電極のそれぞれの周期は互いに同じである。ここでは、第1および第2の櫛形電極の周期をΛとする。   The first and second comb electrodes of the embedded comb electrode 112a are arranged at positions facing the first and second comb electrodes of the embedded comb electrode 112b, respectively. The periods of the first and second comb electrodes constituting the embedded comb electrode 112a and the embedded comb electrode 112b are the same. Here, the period of the first and second comb electrodes is Λ.

埋め込み櫛形電極112aに高周波電圧を印加することで、圧電材料108内部に波長Λの第1の界面弾性波が発生する。これと同様に、埋め込み櫛形電極112bに高周波電圧を印加することで、圧電材料108内部に波長Λの第2の界面弾性波が発生する。第1および第2の界面弾性波の進行方向は同じである。また、第1の界面弾性波の進行方向に沿って形成される屈折率の周期的な変化も、第2の界面弾性波の進行方向に沿って形成される屈折率の周期的な変化と同じである。したがって、第1の界面弾性波の及ぶ領域と第2の表界面弾性波の及ぶ領域とが、その深さ方向において互いに重なる場合は、第1および第2の界面弾性波は統合された1つの界面弾性波とみなすことができる。   By applying a high frequency voltage to the embedded comb electrode 112a, a first interfacial elastic wave having a wavelength Λ is generated inside the piezoelectric material 108. Similarly, when a high frequency voltage is applied to the embedded comb electrode 112b, a second interface elastic wave having a wavelength Λ is generated inside the piezoelectric material 108. The traveling directions of the first and second interfacial elastic waves are the same. Further, the periodic change in the refractive index formed along the traveling direction of the first interfacial elastic wave is the same as the periodic change in the refractive index formed along the traveling direction of the second interfacial elastic wave. It is. Therefore, when the region covered by the first interfacial elastic wave and the region covered by the second surface interfacial elastic wave overlap each other in the depth direction, the first and second interfacial elastic waves are integrated into one It can be regarded as an interfacial elastic wave.

埋め込み櫛形電極112aを構成する各線状電極を含む平面に垂直な方向(圧電材料の深さ方向)において、第1の界面弾性波は、その平面の上下方向にそれぞれ存在し、その深さはともに波長Λ程度とされる。これと同様に、埋め込み櫛形電極112bを構成する各線状電極を含む平面に垂直な方向(圧電材料の深さ方向)において、第2の界面弾性波は、その平面の上下方向にそれぞれ存在し、その深さはともに波長Λ程度とされる。埋め込み櫛形電極112aを構成する各線状電極を含む平面と埋め込み櫛形電極112bを構成する各線状電極を含む平面との間隔が2Λ以下であれば、第1の界面弾性波の及ぶ領域と第2の界面弾性波の及ぶ領域とが、その深さ方向において互いに重なる。本実施形態では、第1の界面弾性波の及ぶ領域と第2の界面弾性波の及ぶ領域とが、その深さ方向において互いに重なるように、埋め込み櫛形電極112a、112bの間隔が設定されている。   In the direction perpendicular to the plane including the respective linear electrodes constituting the embedded comb electrode 112a (the depth direction of the piezoelectric material), the first interfacial elastic waves are present in the vertical direction of the plane, respectively, and the depths thereof are both The wavelength is about Λ. Similarly, in the direction perpendicular to the plane including the linear electrodes constituting the embedded comb electrode 112b (the depth direction of the piezoelectric material), the second interfacial elastic wave exists in the vertical direction of the plane, Both depths are about the wavelength Λ. If the distance between the plane including each linear electrode constituting the embedded comb electrode 112a and the plane including each linear electrode constituting the embedded comb electrode 112b is 2Λ or less, the region covered by the first interfacial elastic wave and the second The region covered with the interfacial elastic wave overlaps with each other in the depth direction. In the present embodiment, the interval between the embedded comb electrodes 112a and 112b is set so that the region covered by the first interface acoustic wave and the region covered by the second interface acoustic wave overlap each other in the depth direction. .

また、本実施形態においては、集光レンズ105aにより集光された光ビームは、第1および第2の界面弾性波の及ぶ領域に対して所定の入射角で入射する。ここで、所定の入射角は、ブラッグ回折が生じるような条件を満たす角度である。   In the present embodiment, the light beam condensed by the condenser lens 105a is incident at a predetermined incident angle on the region covered by the first and second interface elastic waves. Here, the predetermined incident angle is an angle that satisfies a condition that causes Bragg diffraction.

また、集光レンズ105aによって集光された光ビームの、第1および第2の界面弾性波の及ぶ領域における断面の形状は楕円形状であり、その断面における垂直ビーム幅dおよび水平ビーム幅Wが、前述の垂直ビーム幅d(z)および水平ビーム幅d(z)に関する各条件を満たす。Further, the shape of the cross section of the light beam collected by the condensing lens 105a in the region where the first and second interfacial elastic waves reach is an elliptical shape, and the vertical beam width d and the horizontal beam width W in the cross section are Each condition regarding the vertical beam width d v (z) and the horizontal beam width d h (z) is satisfied.

以上のように構成された本実施形態の光変調器によれば、第4の実施形態のものに比べて、界面弾性波の及ぶ領域の深さ方向における範囲を、最大で2倍程度、広げることができるので、その分、変調可能な光ビームの出力を高めることができる。具体的には、第3の実施形態のもので、200mWの光ビームを変調可能である場合、本実施形態では、その2倍の400W程度の光ビームを変調可能である。このように、より大出力のディスプレイ用の光ビーム変調器を提供することが可能である。   According to the optical modulator of the present embodiment configured as described above, the range in the depth direction of the region covered by the interfacial acoustic wave is expanded by a maximum of about two times compared to the fourth embodiment. Therefore, the output of the light beam that can be modulated can be increased accordingly. Specifically, in the case of the third embodiment, when a 200 mW light beam can be modulated, in this embodiment, a light beam of about 400 W, which is twice that, can be modulated. In this way, it is possible to provide a light beam modulator for a display having a higher output.

以上説明した第1から第5の実施形態の光変調器によれば、200mW以上の大出力の可視光を30MHz以上の高帯域かつ高消光比で変調することができる、小型の光変調器を提供することができる。このような光変調器は、大出力の可視光を変調するレーザディスプレイ用の光ビーム変調器に最適である。   According to the optical modulators of the first to fifth embodiments described above, a compact optical modulator capable of modulating high-power visible light of 200 mW or more with a high bandwidth of 30 MHz or more and a high extinction ratio. Can be provided. Such a light modulator is most suitable as a light beam modulator for a laser display that modulates high-power visible light.

第1から第5の実施形態による光変調器は本発明の一例であり、その構成は適宜に変更することができる。例えば、圧電材料や集光レンズは、回折効率、光密度、光損傷耐性等を考慮して設計することが望ましい。   The optical modulators according to the first to fifth embodiments are examples of the present invention, and the configuration thereof can be changed as appropriate. For example, it is desirable to design the piezoelectric material and the condensing lens in consideration of diffraction efficiency, light density, light damage resistance, and the like.

例えば、各実施形態において、表面弾性波(または界面弾性波)の速度を速くすることで、高速変調時の回折効率を高め、光密度を下げることができる。具体的には、圧電材料として水晶を用いた場合の表面弾性波の伝播速度は3157m/sであるのに対して、圧電材料としてLN(リチウムナイオベート)を用いた場合の表面弾性波の伝播速度は4000m/sである。したがって、圧電材料としてLNを用いることで、回折効率および光密度の改善を図ることができる。   For example, in each embodiment, by increasing the speed of the surface acoustic wave (or interfacial elastic wave), the diffraction efficiency during high-speed modulation can be increased and the light density can be decreased. Specifically, the propagation speed of surface acoustic waves when using quartz as the piezoelectric material is 3157 m / s, whereas the propagation of surface acoustic waves when using LN (lithium niobate) as the piezoelectric material. The speed is 4000 m / s. Therefore, by using LN as the piezoelectric material, it is possible to improve the diffraction efficiency and the light density.

また、Er(エルビウム)やIn(インジウム)等の不純物が数%ドープされたLiNbO3結晶は水晶の3倍以上の光損傷耐性を有することから、圧電材料としてこのような不純物がドープされたLiNbO3結晶を用いることで、光損傷耐性に優れた構造を提供することができる。この場合、1W程度の光ビームを変調することが可能となる。In addition, since LiNbO 3 crystal doped with several percent of impurities such as Er (erbium) and In (indium) has a light damage resistance more than three times that of quartz, LiNbO doped with such impurities as a piezoelectric material. By using three crystals, a structure excellent in light damage resistance can be provided. In this case, a light beam of about 1 W can be modulated.

また、圧電材料として水晶を用いる場合において、水晶に不純物を導入してもよい。水晶に不純物を導入することで、光損傷耐性を向上させることができる。   In addition, when quartz is used as the piezoelectric material, impurities may be introduced into the quartz. By introducing impurities into the crystal, it is possible to improve light damage resistance.

さらに、光ビームとしてガウシアンビームを用いてもよい。   Further, a Gaussian beam may be used as the light beam.

また、光ビームの波長によって集光レンズの集光距離が変わる。図10に、光ビームの直径とビーム集光距離との関係を波長別に示す。R光ビーム(630nm)のグラフが一点鎖線で示され、G光ビーム(530nm)のグラフが破線で示され、B光ビーム(470nm)のグラフが実線で示されている。この関係から分かるように、直径500μmのR光ビームを集光する場合の集光距離は38mmである。また、直径600μmのB光ビームを集光する場合の集光距離は60mmである。このように波長によって集光距離が変わることから、光変調器の集光レンズは、変調すべき光ビームの波長を考慮して設計する必要がある。   Further, the condensing distance of the condensing lens varies depending on the wavelength of the light beam. FIG. 10 shows the relationship between the diameter of the light beam and the beam focusing distance for each wavelength. The graph of the R light beam (630 nm) is indicated by a one-dot chain line, the graph of the G light beam (530 nm) is indicated by a broken line, and the graph of the B light beam (470 nm) is indicated by a solid line. As can be seen from this relationship, the condensing distance when condensing the R light beam having a diameter of 500 μm is 38 mm. Further, the condensing distance when condensing a B light beam having a diameter of 600 μm is 60 mm. Since the condensing distance varies depending on the wavelength as described above, the condensing lens of the optical modulator needs to be designed in consideration of the wavelength of the light beam to be modulated.

図11に、光ビームの直径とビーム集光距離との関係をビームウェスト別に示す。ビームウェスト10μmのグラフが実線で示され、ビームウェスト15μmのグラフが破線で示され、ビームウェスト20μmのグラフが一点鎖線で示されている。この関係から、ビームウェストを小さくすると集光距離が短くなることが分かる。集光距離を短くすることで、素子サイズを小さくすることができる。しかし、この場合は、光密度が上がるため、その分、変調すべき光ビームの光強度を低くする必要がある。このように、素子サイズと光強度の間にはトレードオフの関係がある。したがって、集光レンズの設計においては、このトレードオフの関係を考慮する必要がある。   FIG. 11 shows the relationship between the diameter of the light beam and the beam focusing distance for each beam waist. A graph of the beam waist of 10 μm is indicated by a solid line, a graph of the beam waist of 15 μm is indicated by a broken line, and a graph of the beam waist of 20 μm is indicated by a dashed line. From this relationship, it can be seen that if the beam waist is reduced, the focusing distance is shortened. By shortening the focusing distance, the element size can be reduced. However, in this case, since the light density increases, it is necessary to reduce the light intensity of the light beam to be modulated correspondingly. Thus, there is a trade-off relationship between element size and light intensity. Therefore, it is necessary to consider this trade-off relationship in the design of the condensing lens.

本発明の光変調器は、光通信装置、画像表示装置や画像形成装置等に適用することができる。また、本発明の光変調器は、光スイッチの他、偏向器として用いることができる。   The optical modulator of the present invention can be applied to an optical communication device, an image display device, an image forming device, and the like. The optical modulator of the present invention can be used as a deflector in addition to an optical switch.

以下に、本発明の光変調器の適用例として、画像表示装置を説明する。   Hereinafter, an image display apparatus will be described as an application example of the optical modulator of the present invention.

図12は、画像表示装置の一例を示す模式図である。この画像表示装置は、レーザ光源402、403、404、コリメータレンズ405、406、407、反射ミラー408、ダイクロイックミラー409、410、水平走査ミラー415、垂直走査ミラー416、および光変調器418、419、420を収容した筐体400を有する。光変調器418、419、420は、本発明の光変調器である。   FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of an image display device. This image display device includes laser light sources 402, 403, 404, collimator lenses 405, 406, 407, reflection mirror 408, dichroic mirrors 409, 410, horizontal scanning mirror 415, vertical scanning mirror 416, and light modulators 418, 419, A housing 400 containing 420 is included. The optical modulators 418, 419, and 420 are the optical modulators of the present invention.

レーザ光源402からのレーザ光の進行方向に、コリメータレンズ405、光変調器418、および反射ミラー408が順に配置されている。コリメータレンズ405からの平行光束が光変調器418に入射する。光変調器418は、不図示の制御部から供給される制御信号に従って動作する。制御信号がオンの期間(高周波電圧供給期間)は、光変調器418内の櫛形電極に高周波電圧が印加され、表面弾性波または界面弾性波が発生する。この結果、入射光が表面弾性波または界面弾性波が発生した領域を通過する際にブラッグ回折が生じ、出力光として一次回折波が光変調器418から出力される。出力光は、反射ミラー408へ向かう。一方、制御信号がオフの期間(電圧供給停止期間)は、表面弾性波または界面弾性波が発生しないため、入射光は光変調器418を透過する。この光変調器418を透過した光は、反射ミラー408へ向かう光路から外れる。   A collimator lens 405, an optical modulator 418, and a reflection mirror 408 are sequentially arranged in the traveling direction of the laser light from the laser light source 402. A parallel light beam from the collimator lens 405 enters the light modulator 418. The optical modulator 418 operates according to a control signal supplied from a control unit (not shown). During a period when the control signal is on (high-frequency voltage supply period), a high-frequency voltage is applied to the comb-shaped electrode in the optical modulator 418, and a surface acoustic wave or an interfacial acoustic wave is generated. As a result, Bragg diffraction occurs when incident light passes through a region where surface acoustic waves or interface acoustic waves are generated, and a first-order diffracted wave is output from the optical modulator 418 as output light. The output light goes to the reflection mirror 408. On the other hand, during the period in which the control signal is off (voltage supply stop period), no surface acoustic wave or interfacial acoustic wave is generated. The light transmitted through the light modulator 418 deviates from the optical path toward the reflection mirror 408.

レーザ光源403からのレーザ光の進行方向に、コリメータレンズ406、光変調器419、およびダイクロイックミラー409が順に配置されている。コリメータレンズ406からの平行光束が光変調器419に入射する。光変調器419においても、光変調器418と同様な動作が行われる。光変調器419の出力光は、ダイクロイックミラー409へ向かう。   A collimator lens 406, an optical modulator 419, and a dichroic mirror 409 are sequentially arranged in the traveling direction of the laser light from the laser light source 403. A parallel light beam from the collimator lens 406 enters the light modulator 419. In the optical modulator 419, the same operation as that of the optical modulator 418 is performed. The output light of the light modulator 419 goes to the dichroic mirror 409.

レーザ光源404からのレーザ光の進行方向に、コリメータレンズ407、光変調器420、およびダイクロイックミラー410が順に配置されている。コリメータレンズ407からの平行光束が光変調器420に入射する。光変調器420においても、光変調器418と同様な動作が行われる。光変調器420の出力光は、ダイクロイックミラー410へ向かう。   A collimator lens 407, an optical modulator 420, and a dichroic mirror 410 are sequentially arranged in the traveling direction of the laser light from the laser light source 404. A parallel light beam from the collimator lens 407 enters the light modulator 420. In the optical modulator 420, the same operation as that of the optical modulator 418 is performed. The output light from the light modulator 420 is directed to the dichroic mirror 410.

ダイクロイックミラー409は、光変調器419からの光束と反射ミラー408にて反射された光束とが交差する位置に設けられている。ダイクロイックミラー409は、光変調器419からの光を反射し、反射ミラー408からの光を透過するような波長選択特性を有している。   The dichroic mirror 409 is provided at a position where the light beam from the light modulator 419 and the light beam reflected by the reflection mirror 408 intersect. The dichroic mirror 409 has a wavelength selection characteristic that reflects light from the light modulator 419 and transmits light from the reflection mirror 408.

ダイクロイックミラー410は、光変調器420からの光束とダイクロイックミラー409からの光束とが交差する位置に設けられている。ダイクロイックミラー410は、光変調器420からの光を反射し、ダイクロイックミラー409からの光を透過するような波長選択特性を有している。   The dichroic mirror 410 is provided at a position where the light beam from the light modulator 420 and the light beam from the dichroic mirror 409 intersect. The dichroic mirror 410 has a wavelength selection characteristic that reflects the light from the light modulator 420 and transmits the light from the dichroic mirror 409.

水平走査ミラー415は、ダイクロイックミラー410からの光束の進行方向に配置されており、不図示の制御部からの水平走査制御信号によりその動作が制御される。垂直走査ミラー416は、水平走査ミラー415からの光束の進行方向に配置されており、不図示の制御部からの垂直走査制御信号によりその動作が制御される。   The horizontal scanning mirror 415 is arranged in the traveling direction of the light beam from the dichroic mirror 410, and its operation is controlled by a horizontal scanning control signal from a control unit (not shown). The vertical scanning mirror 416 is arranged in the traveling direction of the light beam from the horizontal scanning mirror 415, and its operation is controlled by a vertical scanning control signal from a control unit (not shown).

レーザ光源402、403、404として、R、G、Bの3原色に対応する色のレーザ光を出射する光源を用いる。光変調器418、419、420をオンオフ制御し、かつ、水平走査ミラー415および垂直走査ミラー416を制御することで、スクリーン417上に、カラー画像を表示することができる。   As the laser light sources 402, 403, and 404, light sources that emit laser light of colors corresponding to the three primary colors R, G, and B are used. A color image can be displayed on the screen 417 by controlling the light modulators 418, 419 and 420 on and off and controlling the horizontal scanning mirror 415 and the vertical scanning mirror 416.

以上説明した本発明によれば、弾性波伝播領域の深さ(弾性波発生手段を構成する櫛形電極の各線状電極を含む電極面に垂直な方向)は、表面弾性波または界面弾性波の波長(櫛形電極の各線状電極の周期に同じ)程度であり、その深さ方向におけるほぼ全範囲を、入射光を変調するための領域として利用することができる。深さ方向において、入射光が弾性波伝播領域の全範囲を通過する場合、その入射光と表面弾性波または界面弾性波との相互作用領域の範囲は、導波路型音響光学素子に比べて十分に広いので、その分、光密度を低下させることができ、光損傷耐性も向上する。この結果、高光出力の光ビームを変調することが可能となる。   According to the present invention described above, the depth of the elastic wave propagation region (direction perpendicular to the electrode surface including each linear electrode of the comb-shaped electrode constituting the elastic wave generating means) is the wavelength of the surface acoustic wave or the interfacial elastic wave. (It is the same as the period of each linear electrode of the comb electrode), and almost the entire range in the depth direction can be used as a region for modulating incident light. When incident light passes through the entire range of the acoustic wave propagation region in the depth direction, the range of the interaction region between the incident light and the surface acoustic wave or the interfacial elastic wave is sufficient compared to the waveguide acoustooptic device. Therefore, the light density can be lowered correspondingly, and the light damage resistance is also improved. As a result, it becomes possible to modulate a light beam with a high light output.

また、相互作用領域が拡大したことにより、表面弾性波または界面弾性波のエネルギー利用率や回折効率も向上する。   Further, since the interaction region is enlarged, the energy utilization rate and diffraction efficiency of the surface acoustic wave or the interfacial elastic wave are improved.

さらに、相互作用領域が拡大したことにより、弾性波伝播領域における集光ビーム径を大きくすることができる。この場合の集光光学系の構成は、光ビームを導波路内に入れる場合の集光光学系に比べて簡単である。   Furthermore, since the interaction region is enlarged, the focused beam diameter in the elastic wave propagation region can be increased. The configuration of the condensing optical system in this case is simpler than that of the condensing optical system in which the light beam is put into the waveguide.

さらに、相互作用領域が拡大したことにより、弾性波伝播領域の幅(相互作用長)を小さくしても十分な回折効率を得ることが可能である。よって、導波路型音響光学素子に比べて、弾性波伝播領域の幅(相互作用長)を小さくすることができ、その分、素子の小型化を図ることができる。   Furthermore, since the interaction region is expanded, sufficient diffraction efficiency can be obtained even if the width (interaction length) of the elastic wave propagation region is reduced. Therefore, the width (interaction length) of the elastic wave propagation region can be reduced as compared with the waveguide type acoustooptic device, and the device can be downsized accordingly.

また、櫛形電極より構成される弾性波発生手段の消費電力は、圧電振動子を用いるバルク型音響光学素子に比べて小さい。よって、省消費電力化が可能である。   In addition, the power consumption of the elastic wave generating means composed of comb-shaped electrodes is smaller than that of a bulk acousto-optic device using a piezoelectric vibrator. Therefore, power saving can be achieved.

また、本発明における弾性波伝播領域の断面の大きさは、バルク型音響光学素子における超音波進行波が生じる領域の断面に比べて小さいので、その分、素子の小型化が可能である。   In addition, since the size of the cross section of the elastic wave propagation region in the present invention is smaller than the cross section of the region where the ultrasonic traveling wave is generated in the bulk acoustooptic device, the device can be downsized accordingly.

また、本発明によれば、入射光がシングルモードである場合、出射光もシングルモードを維持する。このように、シングルモードの出力光を得ることができる。   Further, according to the present invention, when the incident light is in the single mode, the emitted light also maintains the single mode. Thus, single mode output light can be obtained.

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成および動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Various modifications that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and operation of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

この出願は、2008年7月2日に出願された日本出願特願2008−173537を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。   This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2008-173537 for which it applied on July 2, 2008, and takes in those the indications of all here.

Claims (15)

音響光学媒体と、
前記音響光学媒体内に表面弾性波または界面弾性波を発生する弾性波発生手段とを有し、
前記音響光学媒体内は、前記弾性波発生手段により発生した表面弾性波または界面弾性波が及ぶ弾性波伝播領域が同一材料より形成され、
前記表面弾性波または界面弾性波の進行方向と交差する方向に、前記弾性波伝播領域を挟んで対向する第1および第2の端面を備え、該第1の端面から入射した入射光が前記弾性波伝播領域を通過する際に生じる一次回折波と、前記弾性波発生手段を停止した状態で前記入射光が前記音響光学媒体内を伝播する光とが、それぞれ前記第2の端面から異なる方向に出射される、光変調器。
An acousto-optic medium;
An acoustic wave generating means for generating a surface acoustic wave or an interfacial acoustic wave in the acoustooptic medium,
In the acousto-optic medium, an elastic wave propagation region covered with a surface elastic wave or an interface elastic wave generated by the elastic wave generating means is formed of the same material,
First and second end faces facing each other across the acoustic wave propagation region in a direction intersecting with the traveling direction of the surface acoustic wave or the interfacial acoustic wave, and incident light incident from the first end face is the elasticity The first-order diffracted wave generated when passing through the wave propagation region and the light propagating through the acoustooptic medium in a state where the elastic wave generating means is stopped are respectively in different directions from the second end face. An emitted light modulator.
前記音響光学媒体は、前記第1および第2の端面のそれぞれと交差する平面よりなる第1の面を備え、前記弾性波発生手段は、前記第1の面に形成されている、請求の範囲第1項に記載の光変調器。   The acousto-optic medium includes a first surface comprising a plane intersecting each of the first and second end surfaces, and the elastic wave generating means is formed on the first surface. The optical modulator according to item 1. 前記音響光学媒体は、前記第1および第2の端面のそれぞれと交差する平面よりなる第1の面と、該第1の面に対向する第2の面とを備え、前記弾性波発生手段は、前記第1および第2の面のそれぞれに形成されている、請求の範囲第1項に記載の光変調器。   The acousto-optic medium includes a first surface composed of a plane intersecting each of the first and second end surfaces, and a second surface facing the first surface, and the elastic wave generating means includes The optical modulator according to claim 1, wherein the optical modulator is formed on each of the first and second surfaces. 前記弾性波発生手段は、同一平面上に平行に配置された複数の線状電極からなる第1および第2の櫛形電極を有し、該第1および第2の櫛形電極は、互いの線状電極が交互に配置されている、請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項に記載の光変調器。   The elastic wave generating means has first and second comb electrodes composed of a plurality of linear electrodes arranged in parallel on the same plane, and the first and second comb electrodes are linear with each other. The optical modulator according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrodes are alternately arranged. 前記弾性波発生手段は、前記音響光学媒体の内部に形成されている、請求の範囲第1項に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the elastic wave generating means is formed inside the acoustooptic medium. 前記弾性波発生手段は、前記第1および第2の端面のそれぞれと交差する第1の平面上に平行に配置された複数の線状電極からなる第1および第2の櫛形電極を有し、該第1および第2の櫛形電極は、互いの線状電極が交互に配置されている、請求の範囲第5項に記載の光変調器。   The elastic wave generating means has first and second comb electrodes composed of a plurality of linear electrodes arranged in parallel on a first plane intersecting each of the first and second end faces, 6. The optical modulator according to claim 5, wherein the first and second comb-shaped electrodes are alternately arranged with linear electrodes. 前記弾性波発生手段は、前記第1および第2の端面のそれぞれと交差する第1の平面上に平行に配置された複数の線状電極からなる第1および第2の櫛形電極と、前記第1の平面と対向する第2の平面上に平行に配置された複数の線状電極からなる第3および第4の櫛形電極とを有し、
前記第1および第2の櫛形電極は、互いの線状電極が交互に配置され、前記第3および第4の櫛形電極は、互いの線状電極が交互に配置されている、請求の範囲第6項に記載の光変調器。
The elastic wave generating means includes first and second comb electrodes composed of a plurality of linear electrodes arranged in parallel on a first plane intersecting each of the first and second end faces; A third comb electrode and a fourth comb electrode composed of a plurality of linear electrodes arranged in parallel on a second plane opposite to the first plane;
The first and second comb electrodes are alternately arranged with linear electrodes, and the third and fourth comb electrodes are alternately arranged with linear electrodes. 7. The optical modulator according to item 6.
光ビームを前記弾性波伝播領域に集光するための集光レンズをさらに有する、請求の範囲第1項から第7項のいずれか1項に記載の光変調器。   The light modulator according to any one of claims 1 to 7, further comprising a condensing lens for condensing a light beam on the elastic wave propagation region. 前記弾性波発生手段を構成する櫛形電極の各線状電極の周期Λに対して、前記集光レンズによって前記弾性波伝播領域に集光される光のビーム径の前記各線状電極を含む平面に垂直な方向における幅が、0.1×Λより大きく、かつ、1.2×Λより小さい、請求の範囲第8項に記載の光変調器。   Perpendicular to the plane including each linear electrode of the beam diameter of the light focused on the elastic wave propagation region by the condenser lens with respect to the period Λ of each linear electrode of the comb-shaped electrode constituting the elastic wave generating means 9. The optical modulator according to claim 8, wherein a width in one direction is larger than 0.1 × Λ and smaller than 1.2 × Λ. 前記弾性波発生手段を構成する櫛形電極の各線状電極の周期Λに対して、前記集光レンズによって前記弾性波伝播領域に集光される光のビーム径の前記各線状電極を含む平面に垂直な方向における幅が、0.7×Λより大きく、かつ、Λより小さい、請求の範囲第8項に記載の光変調器。   Perpendicular to the plane including each linear electrode of the beam diameter of the light focused on the elastic wave propagation region by the condenser lens with respect to the period Λ of each linear electrode of the comb-shaped electrode constituting the elastic wave generating means 9. The optical modulator according to claim 8, wherein a width in a simple direction is larger than 0.7 × Λ and smaller than Λ. 前記弾性波発生手段を構成する櫛形電極の各線状電極の周期Λ、前記弾性波発生手段の駆動周波数f、および前記表面弾性波または界面弾性波の伝播速度vに対して、前記集光レンズによって前記弾性波伝播領域に集光される光のビーム径の前記各線状電極を含む平面に垂直な方向と直交する方向における幅が、2×Λより大きく、かつ、v/f以下である、請求の範囲第8項から第10項のいずれか1項に記載の光変調器。   With respect to the period Λ of each linear electrode of the comb-shaped electrode constituting the elastic wave generating means, the driving frequency f of the elastic wave generating means, and the propagation velocity v of the surface elastic wave or the interfacial elastic wave, by the condenser lens The width in the direction perpendicular to the direction perpendicular to the plane including each linear electrode of the beam diameter of the light condensed on the elastic wave propagation region is greater than 2 × Λ and not more than v / f. The optical modulator according to any one of Items 8 to 10, wherein: 前記集光レンズにより集光した光ビームがガウシアンビームである、請求の範囲第8項から第11項のいずれか1項に記載の光変調器。   The light modulator according to any one of claims 8 to 11, wherein the light beam condensed by the condenser lens is a Gaussian beam. 前記第1および第2の端面に反射防止膜を有する、請求の範囲第1項から第12項のいずれか1項に記載の光変調器。   The optical modulator according to any one of claims 1 to 12, further comprising an antireflection film on the first and second end faces. 前記音響光学媒体が水晶よりなる、請求の範囲第1項から第13項のいずれか1項に記載の光変調器。   The optical modulator according to any one of claims 1 to 13, wherein the acoustooptic medium is made of quartz. 前記音響光学媒体が、不純物を含む水晶よりなる、請求の範囲第1項から第13項のいずれか1項に記載の光変調器。   The optical modulator according to any one of claims 1 to 13, wherein the acoustooptic medium is made of quartz containing impurities.
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