TW412655B - Optical device having optical wave guide produced in the presence of acoustic standing wave - Google Patents
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Description
經濟部中央標準局負工消費合作社印装 412655 A7 __________B7 五、發明説明(1 ) 本發明係有關於一種光學元件,且特別是有關於一種 具有在聲音駐波存在時生產的光波導管之光學元件。 光波導管的一個典型例子就是光纖^為了限制光纖内 的光線,光纖具有如第1圖所示之多層結構。内層la以包 覆lb所封閉,而内層la及包覆lb,在本例子中,則分别 以石英玻璃及複合玻璃所形成。石英玻璃具有較複合玻璃 為高的折射率,故入射光L1乃在内層la及包覆lb之間的 邊界重覆全反射。因此,光線L1沿著内層la前進,並從 另一端射出。多層結構可由一種雙坩堝下拉方法(D〇uMe crucible pulling down method)或其他方法所達成。 光波導管的另一個例子稱為,,擴散式光波導管,%擴散式 光波導管具有一較高折射率之延長部’其藉著將單晶材料 的一個元素以另一種元素代替。第2圖係介紹擴散式光波 導管。LiNb〇3單晶複合物之零件2a係為擴散式光波導管 所使用,而單晶材料之Li位置則在細平行線所表示之延長 部2b内以H+或Ti3+取代。延長部2b較單晶複合物的其餘 部分2c具有較高的折射率,因此做為光波導管β入射光L2 沿著延長部2b或波導管前進,並從另一端射出。 光波導管的又一個例子則介紹於第3圖。此光波導管屬 於薄膜式波導管,且具有一面以液相結晶(liquid-phase epitaxy)長成之主動材料的波導管。薄膜式波導管增加了由 主動材料中產生之光泵(optically pumped)雷射光/振盪光的 能量密度,因此改善了振盪臨界值及輸入輸出特性之斜率 效率。 本紙張尺度逋用中國两家梂牟(CNS) A4说格(210x297公釐) >^1 - n 1 - - —»ί I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁;} ·訂 412655 經濟部十央樣準局貝工消費合作杜印装 A7 B7 五、發明説明(2 ) 第3圖中所介紹之薄膜式波導管或平面光波導管可見 於 D. Pelenc et. al.在 Optics Communications,vol. 115 ’ 1995 , p491-497 中的”High slope efficiency and low threshold in a diode-pumped epitaxially grown Yb : YAG wave guide laser”。以細平行線表示之平面波導管3a係由摻 雜Yb之YAG層3b,3c所包夾。Al3+位置有一部分以Ga3+ 取代,且主動材料以結晶長於摻雜Yb之YAG基底3b,用 以形成平面波導管3a。具有Ga3+之摻雜Yb的YAG則長於 平面波導管3a上,而平面波導管3a為摻雜Yb之YAG層 3c所覆蓋。 很多光學元件已經發展出來,並且,更有一些被視為’, 聲光元件”《光學材料及聲波間的互動稱為聲光效應,而聲 光效應則為光學元件中所使用。 第4圖介紹曰本早前公開之50-143547號申請案所揭露 之類似電聲元件的光學致偏器《此光學致偏器具有電聲轉 換器4a連接於光學材料塊4b。電聲轉換器4a產生超音波 4c ° 雷射光L3以斜線射至光學材料塊4b,並經由此境4b 傳遞β傳送之光線L4則自該塊4b射出。當電聲轉換器4a 驅動以產生超音波4c時’根據光子和光子反應產生之超音 波4c便會發生布萊格反射。若電聲轉換器知改變超音波4c 的頻率,則雷射光L3繞射,並且如L4,由該塊4b射出。 在這個例子中’聲波係用以做為連續波。若聲波不是 用來做為連續波’繞射密度就會巨量減小,因為光子和光 i纸張尺度逋用中固國家標準(CNS ) A4洗格(210X297公釐) '------- -----r-----*t-------IT------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 412655 經濟部中夬橾隼局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(3 ) 子反應會導致繞射發生。 表面聲波亦可以絲學元件所用H介紹— 波器’其用以改變人射雷射光匕5的_分佈。光學據波器 和具有梳狀電聲轉換器的光學致偏器相似,其揭示於 早期公開之62-257133號申請案。該減、、办抵*上 〜恩畋器包括一光學材料 塊5a,一形成於該塊5a上的光波敦馨 管5b,以及一梳狀之 電聲轉換器5C。梳狀之電聲轉換器5c產生一超音波%, 而雷射光L5以穿越超音波5d的方式在級導管%内傳 遞。至於雷射光L5則由另-端射出,如光線“。然而, 當雷射光L5被超音波料擾時,超音波sd會繞射一預定 頻率之成分L6’°若電聲轉換器5C改變超音波5d的間隔 5e,則濾波器改變繞射之頻率成分。 習知之光波導管元件面臨-個製造成本的問題。如先 前所述’光波導管需要-較其他部分為高之折射率而這 純高之折射率乃是藉連結兩種不同的材料所達成。將光 學材料中的一種元素以另一種元素取代,並將換質以擴散 或異性結晶(Hetenvepitaxy)形成於光學元件中。這種修正技 術已經在一部分光學元件中實施,且在選擇性的修正中需 要一個罩幕及/或微影的步驟。這使得製程變得複雜,並且 還另外需要如濺鍵裝置,形成薄膜之裝置,餘刻裝置,及 清洗及退火裝置。因此,習知含有光波導管之光學元件會 如是昂貴。 習知光波導管的第二個問題則是重工(reproduction)較 難。在光學元件中有一部分透過化學反應轉換成較高之折 本紙張用中目g家樣率(CNS)从祕(21GxW7公変) -----L--.--V -裝------.訂-------球 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 412655 經濟部中央標率局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明(4 ) 射率,可是此化學反應卻由很多參數所決定。所以不可能 精確的控制每個參數,使得重工變得困難》 習知光波導管的第三個問題是不能形成在所有的光學 材料上。有些光學材料非但不能有效地改變折射率,還會 因為選擇性的修正而對其他光學材料之結晶結構造成破 壞。 因此本發明的主要目的就是在提供一種光學元件,其 具有一便宜,可靠,且可在習知技術所無法形成之光學材 料上形成之光波導管。 為達此目的,本發明建議利用聲音駐波以改變部分光 學材料之折射率。 根據本發明,乃提供一光學元件,其具有一光學材料 塊;以及至少一聲波產生器,用以產生一做為該光學材料 塊中之駐波的聲波;該駐波透過聲光效應改變該光學材料 中之部分折射率,並在其中形成一光波導管。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂,下文特舉一較佳實施例,並配合所附圖式,作詳 細說明如下: 圖式說明 第1圖係表示習知光纖結構之剖面圖。 第2圊係表示習知以LiNb03形成之薄膜式波導管的結 構透視圖。 第3圖係表示習知具有以液相結晶法形成之平面波導 管的薄膜式波導管的結構透視圖。 I. n^] nf —^1 —^ϋ ^111 I I p^m 1- - I I m- A^iJn^i (un ^11 n It (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度逋用+圃國家標率(〔奶)八4说格(210父297公釐) 412655 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明(5 ) 第4圖係表示習知利用聲光效應之光學致偏器的結構 透視圖。 第5圖係表示習知利用聲光效應之光學濾波器的結構 透視圖。 第6圖係表示根據本發明之光學元件的結構透視圖。 第7圖係在光學元件中,以聲音駐波產生之折射率的 分佈圖。 第8圖係表示根據本發明另一光學元件的結構透視 圖。 第9圖係表示根據本發明之光學致偏器的結構透視 圖。 第10圖係因雷射光射入光學致偏器而產生偏向之平面 圖。 第Π圖係根據本發明之光學濾波器以達成頻率過濾之 平面圓β 第12圖係表示習知非線性光學元件之結構透視圏。 第13圖係表示根據本發明非線性光學元件之結構透視 圖。 第14圖係、表示根據本發明固態線性雷射振盥器之結構 透視圖。 第15圖係表示根據本發明光學開關之前視圖。 第16圖係表示光學開關的類—維光波導管之前視圖。 第17圖係表示不發生類一維光波導管的一段之透視 圖0 本紙張尺度適用中國因家標準(CNS > A4ffi^· { 210^297^7 -I. — I I I - I ^^1 I —" •扯衣 I. I n I I ^^1 at 0 ^eJ -1 -i I I I {請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 412655 A7 B7 五、發明説明(6 ) 第18圖係表示類一維光波導管發生的另一段之透視 圖。 第19圖係表示根據本發明製造的光學開關之結構透視 圖。 第一實施例 請參考第6圖,包含本發明之一光學元件係包括一光學 材料塊6a及連接該光學材料塊6a之電聲轉換器6b。該電 聲轉換器6b產生一聲波,傳遞於光學材料塊6a。光學材料 塊的長度L0,為聲波波長的整數倍,故其中乃產生一駐波。 駐波係穩定的,並且產生如第7圖所示之折射率分佈。第7 圖中的L1至L7係對應於第6圖中的距離L1至L7 »駐波 則周期間歇地產生一高折射率部分6c(以細平行線表示),低 折射率部分6d。其中高折射率部分6c在光學材料塊6a中 很穩定,而高折射率部分6c及低折射率部分6d則形成交替 之薄膜,使高折射率部分6c可為平面光波導管所用。當光 線L7照射到其中一高折射率部分6c時,光線L7便透過高 折射率部分6c傳遞,萁從另一端射出。 折射率的分佈則可以在所有的光學元件中觀察到,也 因此,根據本發明之光學元件在光學材料上並沒有限制。 且根據聲光效應所產生之折射率差異Δ-η可以用(1)式表 示0 A-n2=l/2(pV/rho v3)p (1)式 其中p是光應變係數,η是折射率,rho是密度,v是 聲速,而p是聲波能量。 本紙張尺度逍用中國國家梂牟(CMS ) A4規格(2丨0X297公釐) I---------I —1----訂--.-------破 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 412655 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明(7 ) (p2n6/rho v3)又可以表示成Μ符號,則(1)式可寫成 Δ-η2=Μ X ρ X 1/2 (2)式 Μ符號的價值對不同的光學材料,舉例而言,乃是在
Amnon Yariv 在’’Fundamentaks of Opto-electronics”第 330 頁 所提及。並且’亦可以在Ogawa et al.的” Cry stal Physics and Engineering” 中看到0 如(2)式中所示’高折射率部分6c和低折射率部分6d 之折射率差值的平方係和Μ值及聲波能量P值的乘積成正 比’且具有尚Μ值之光學材料可得到高折射率部分6c及低 折射率部分6d間較大的折射率差。當折射率差在1〇·3 階時,高折射率部分6c則可為平面式光波導件所使用。而 即使光學材料具有相當小的Μ值,輸入一個大能量的聲波 亦可以使折射率差Δ-η逹到1〇·3階。 舉例來說,假設現在光學材料塊是以LiNb03形成,用 以做為光學開關及光波轉換元件,則其Μ值為7.0(X 1〇-Y/g)。若電聲轉換器6b提供lKw/m2之聲波(又聲波能量的 換算1 X 109w/m2=l X l〇12g/s3)e故將這兩個值代入⑺式 Δ-η2=1/2 X (7.0 X 10'18)χ(ΐ χ ι〇12) 則Δ-η為1.8 X 10_3,故高折射率部分6(;可為平面式光 波導管所使用》 換句話說,若光學材料塊6a是以PbMo04* Te02用來 做為光學致偏器’則PbMo〇4的Μ值為73而Te02的Μ值 為793。因此’平面式光波導管可以在聲波能量分別為l〇〇W 及10W時於光學材料塊6a内產生》 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝- --訂 本紙張又度逋用中《國家標準(<^«)八4規格(21(^297公楚) 412655 A7 B7 經濟部中夬揉率局貝工消费合作社印掣 五、發明説明(8 ) 综上所述,聲音駐波交替的在光學材料塊6a中產生做 為光波導管之高折射率部分6c及低折射率部分6d,並且這 種光波導管不需要進行擇擇性地替代或擴散。高折射率部 分的位置是由長度L0及聲波波長所決定,並且可以重工。 因此,根據本發明之光學元件既便宜又可靠。最後,這種 聲光效應可以在各種光學材料中觀察的到。即使光學材料 具有很小的Μ值,光波導管亦可以藉由增加電聲轉換器6b 的輸入功率而製造完成。 第二實施例 第8圖係表示另—包含本發明之光學元件,其包括一光 學材料立方塊7a及連結該立方塊之兩個互相垂直表面的電 聲轉換器7a及7b。電聲轉換器7b產生第一聲音駐波,且 第一聲音駐波使得第一高折射率部分7d和第一低折射率部 分7e互相間隔,其中第一高折射率部分7d是以右上至左下 的細平行線表示。另外’另一個電聲轉換器7c則產生一個 和第一聲音駐波垂直的第二聲音駐波,其中第二聲音駐波 使得第二高折射率部分7f和第二低折射率部分7g互相間 隔’且第二高折射率部分7d是以右上至左下的細平行線表 示。 第一高折射率部分7d和第二高折射率部分7f更形成上 述兩種交界區7h ’使交界區711可做為類一維光波導管。當 光線L8照射到這個類一維光波導管7h時’光線便可不經 擴散而由類一維光波導管傳遞,並從另一端射出。 雖然立方塊7a係用以做為光學元件,不過卻不見得要
II 本紙張尺度逋用中固國家揉準(CNS )八4現格(21〇X297^il ^^^1' - - i n. ^ilf ^^^1 Id 1 ^^^1 V 一^^^1 an— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 412655 A7 B7 經濟部中央標準局貞工消费合作社印It 五、發明説明(9 ) 用在一光學元件上,其在電聲轉換器7b 士 变直方向上测量 之長度相等於在電轉換器7c另一垂直方向 上須彳量之長度。 這兩個長度可以相等或是不相等(一長度為$ 乃〜長度之整數 倍)。 第8圖所示之光學元件亦是便宜又可靠的 大部分光學材料》 且可使用於 [範例] 第7圓及第8圖中所示之兩種光學元件為 光學元件的基本結構。而根據這兩種基本結構 光學元件則如下文所述。 [範例一] 第9圖及第1〇圖係介紹一光學致偏器。 包括一光學材料塊8a,一第一電聲轉換器學致偏器 料塊8a的上表面,及一第二電聲轉換器8b連結1於光學材 塊8a的側表面。第—電聲轉換器8b產生一笛於光學材料
卑一聲波用以你L 應光學材料塊8a。且光學材料塊8a的高度為第 的整數倍’故在高度方向可產生駐波。因好 聲波波長 ^ , 該駐波可周 期地改變光學材料塊8a的折射率’如交替地產生高折 部分8d及低折射率部分8e。其中高折射率部分 細 平行線表示·> 第二電聲轉換器8c則對齊其中之一高折射率部分,用 以做為平面式光波導管,並產生一第二聲波8f使與該駐波 垂直之方向發生一連續波《當雷射光L9照射在平面式光波 導管8d上時,雷射光L10便從另一端射出β然而,當第二 本紙張尺度逋用中B國家標準(CNS } A4规格(210X297公釐) -------- •裝------訂-------- 冰 (請先閲請背面之注$項再填寫本頁) 412655 經濟部中央梂率局貝工消费合作社印装 A7 五、發明説明(10 ) 電聲轉換器8c改變第二聲波之頻率時,連續波便根據布萊 格反射(Bragg reflection)改變雷射光L9的方向,使雷射光 L10’從另一端射出(如第1〇圖所示)。 本發明係以PbMo04塊8a及分別連結至pbM〇〇4塊8a 的第一及第二電聲轉換器8b、8c所形成(如第9圖及第10 圖所示)。第一電聲轉換器8b產生30MHz的第一超音波, 其波長為100um。PbMo〇4塊8a的高度則調整至1〇〇um的 整數倍,使折射率的分佈每l〇〇um就重覆。 本發明亦證實了下列現象。當第二電聲轉換器8c閒置 時’入射雷射光L9直接前進’並從另一端射出L1〇 當滿 足布萊格反射之條件時,則入射光L9偏向,並從另一端射 出 L10’ 。 [範例二] 根據本發明之光學濾波器的結構和第9圓中之光學致 偏器類似,其包括一光學材料塊9a,一連結光學材料塊知 上表面之第一電聲轉換器9b,及一連結光學材料塊如側表 面之第二電聲轉換器9c(如第11圖所示)。光學材料塊9&的 高度係由第一電聲轉換器9b產生之聲波波長的整數倍。因 此,聲波乃形成一聲音駐波,且該聲音駐波在光學材料塊 9a内產生高折射率部分及低折射率部分,其中高折射率部 分為低折射率部分所交替,且第二電聲轉換器如對齊其中 一光波導管。第二電聲轉換器9c產生超音波用以做為連續 波9d。 假設光束L10中之光線成分的波長是不一致的,且光 I--------f .裝-- (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂
A 冬紙張ΛΑΑ用中两两家樣牟(CNS)八4祕_ ( 2_10xW7公釐) ' 412655 經濟部中央梯率局貝工消費合作社印裝 器11c A7 B7 五、發明説明(11 ) 束L10照射到光波導管内,經由光波導管傳遞。則滿足布 萊格條件的光線會產生折射 ,如點虚線L11。然而,不滿 足布萊格條件之其他光線則如L11,由另一邊射出。 本發明之光學頻率濾波器,如第丨丨圖所示,其中光學 材料塊係以M〇Pb〇4組成。本發明可以改變連續波之頻率’ 並測量折射光線LU之波長《本發明證實折射光線L11滿 足布萊格條件β [範例三] 本發明可應用於非線性光波導管。非線性光學材料可 為波長轉換元件(wavelength conversion device)所使用。又, 當入射雷射光的能量増加時,則轉換效率可以增強。因此, 入射雷射光L12通常利用一透鏡單元(未示)聚焦,使非線性 光波導管(見第12圖)中發生高能量密度區域10a。然而, 其他區域的能量密度卻沒有那麼高,故只有非線性光波導 管之一小部分可以用於波長轉換器。 备使用相角匹配(angUlar phase matching)技術時,會發 生角度之偏移,故角AGL1會使基頻波及簡諧波的相位 同。為此’入射雷射光L12最好以平行光傳遞。 第丨3圏係介紹應用本發明之非線性光學材料所形 波長轉換元件。此波長轉換元件包括一非線性光學材料塊 11a,一連結該光學材料塊iia上表面之第一電聲轉換器 lib,及一連結該光學材料塊lla上側表面之第二電聲轉換 光學材料體(未示)乃利用相角匹配法切割成光學材 尽紙浪尺度適用中國國家揉率(CNS ) A4规格(210X297公嫠) 判 ^n· ^^1 HI - i— 1^1 m· I mi ml ^^^1 i^i^i •一gJJ^i —Bn i^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本育) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 412655 A7 B7 五、發明説明(12 ) 塊11s >第一電聲轉換器lib產生一第一聲波,且光學材料 塊11a的高度為第一聲波的整數倍。第二電聲轉換器11c 則產生一第二聲波,且光學材料塊11a的寬為第二聲波之 整數倍。第一聲波係用以做為第一駐波,而高折射率部分 及低折射率部分則在高度方向交替形成。同樣地,第二聲 波係用以做為第二駐波,使高折射率部分及低折射率部分 在寬度方向交替形成。由第一駐波產生之高折射率部分如 第13圖中所示,係以右上至左下之細平行線表示。而,由 第二駐波產生之高折射率部分如第13圖中所示,以左上至 右下之細平行線表示。由第一駐波形成之高折射率部分並 且和由第二駐波形成之高折射率部分交會,用以做為類一 維光波導管。 假設,現在以一透鏡單元(未示)將一電射光束L13照射 在其中一類一維光波導管上,則此類一維光波導管可以在 不需擴散的情況下傳遞雷射光束L13,且雷射光束L13在 此類一維光波導管中可視為平行光。因此,電射光束L13 可以在類一維光波導管中保持高能量密度,且雷射光束L13 的波長可以有效地轉換至具有其他波長之光束L14。 第13圖中係應用本發明之光波轉換器。其中光學材料 塊11a係以所形成。Li2B407可以轉換波長至紫外線。此波 長轉換器是用來轉換532mm之YAG雷射的第二諧波至 266mm的FHG光,且Li2B407體係以AGL1=45度之相角巴 配切割。又,第一電聲轉換器lib及第二電聲轉換器係以 濺鍍連結至光學材料塊11a的上表面及側表面。 ,•訂 - 冰 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逍用中國國家揉隼(CNS ) A4规格(210X297公釐) 412655 經濟部中央標率局貝工消費合作社印农 A7 B7 五、發明説明(13 ) U2B4〇7晶體内聲速為每秒鐘5〇〇m,而第一及第二電 聲轉換器llb/llc則以5MH#m。因此,折射率係以i〇〇um 彼此交替。第—及第二電聲轉糾llb、lu細1KW驅 動以產生第一及第二聲波,且高折射率部分的折射率要比 低折射率部分高出3至10。類光波導管為151〇長。 第12圖中係應用本發明之習知光波轉換器。其中使用 的乃是相同的非線性光學材料,並且習知光波轉換器亦可 以用來轉換YAG雷射之第二諧波至FHG光束。 透鏡單元(未示)可提供於YAG雷射光源(未示)及光波 轉換器之間,如第12圖及第13圖所示’並且具有1〇〇mm 的焦距。入射雷射光L13則位於焦點,並具有5〇um級的直 徑。 YAG雷射光源以10Hz的頻率射出雷射光,而第二諧波 (波長532nm)則平均在8mw維持l〇ns。而根據本發明之光 波轉換器則射出lmw且波長266mn之FHG光束。習知光波 轉換器僅射出l〇〇uw波長266mn之FHG光束。因此,根據 本發明之光波轉換器已達到了習知光波轉換器十倍之高轉 換效率。 本發明亦可製造其他非線性光學材料之光波轉換器, 並確認其轉換效率之改良。 [範例四] 當雷射二極體以一光泵激發時,光學共振器便會增加 激發/振洫光之能量密度。此能量密度之增加導致振盪臨界 值的減小,及斜率效率的增加◊尤其,當三階雷射振盪時, 本紙張λ歧财s时料(咖)A4^ (21GX2·策) I. I .^1 ^^1 i ^1. I ^^^1 I (請先閲讀背面之注項再填窝本頁) -‘訂--_— · .—球. 經濟部中央標隼局貝工消费合作社印裝 412655 A7 B7_____ 五、發明説明(14 ) 這些現象會更明顯,因為振盪臨界值較高。 第14囷係介紹應用本發明之雷射振盪器。此雷射振盪 器包括一摻雜Yb之YV〇4材料塊12a,一連結於該材料塊 12a上表面之電聲轉換器12b及二極體/振盪雷射光之Ar被 覆(Coating)/HR被覆。摻雜Yb之YV04是三階的雷射振盪 材料,具有高振盪臨界值,並且Yb可吸收波長900nm之光 線成分。 YV〇4晶體内聲速為每秒鐘5000m,而電聲轉換器12b 產生100MHz的聲波》材料塊12a的高度為聲波波長的整數 倍。此聲波用以做為駐波,並且在材料塊12a内產生交替 之高折射率部分12d及低折射率部分12e。高折射率部分 12d以細平行線表示,做為50um厚的光波導管。振盪光L16 的一部分則則經由一輸出鏡面13從反面射出。 當雷射二極體將激發之雷射光L15照射到高折射率部 分12d時,激發之雷射光L15/振盪雷射光L16會限制在高 折射率部分12d内,並增加其能量密度。雷射振盪器則繼 續振盪,使吸收率和發光率都獲得改善》 本發明可製造上述之雷射振盪器,且雷射二極體以 500mw激發。又,雷射振盪器可達到50mw,1.03um的振 盪光輸出。 [範例五] 第15圖係應用本發明之光學開關。此光學開關包括一 光學材料塊13a,連結於該光學材料塊13a之上/下表面的 第一電聲轉換器 13bl/13bl,,13b2/13b2’,13b3/13b3,及 本紙張ΛΑ適用中闽國家標準(CNS )八4胁(21〇χ297公羞) --------I ^ -- ---n*^ -1—----線 (請先閲讀背*之注意事項再填寫本頁) 412655 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 五、發明説明(15 ) 13b4/13b4’ ’以及連結於該光學材料塊13a之側表面的第二 電聲轉換器 13cl/13cl’, 13c2/13c2’, 13c3/13c3,及 13c4/13c4’。光學材料塊13a的維數係以使第一及第二電聲 轉換器(13bl/13bl’至13b2/13b2’及)產生互相垂直方向之駐 波的方式調整。第一電聲轉換器(13b"13bl,至13b2/13b2,) 及第二電聲轉換器(13c3/13c3’至13c4/13c4,)在光學材料塊 13a内定義一矩陣之區段SG11,…,SG14,...,SG41, ...SG44(如第16圖所示),且SG11到SG44中每一個區段均 延伸於光學材料塊13a之前後表面間《而高折折射率部分 係對齊SG11至SG44之中線,使類一維光波導管可以在 SG11至SG44中選擇性的形成。 當驅動第一電聲轉換器13b2及第二電聲轉換器13c3, 以產生駐波時,第一電聲轉換器13b2及第二電聲轉換器 13c3’便產生高折射率部分(以右上至左下的平行線表示)及 低折射率部分(以左上至右下的平行線表示),且區段SG32 中可產生類一維光波導管。 當類一維光波導管不是形成於區段SG32,則入射雷射 光束L17(聚焦於區段SG32)便如第17圈中所示擴散,並且 不會從另一端射出。另一方面,當類一維光波導管13d產 生於區段SG32,則雷射光束L17經由類一維光波導管13d 傳遞,並從另一端射出(如第18圖所示)。 第19囷係應用本發明之光學開關,其中光學材料塊13a 係以Te玻璃所形成。此玻璃具有30數量級之聲光Μ值, 並且為等向光。此材料塊13a的前後表面積為4m X 4m, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -----:---.!「裝 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁)
412655 A7 B7 五、發明説明(16 ) 而前後表面的距離為30m。聲速在Te玻璃内為3400m/s, 而第一電聲轉換器(13bl/13bl,至13b2/13b2’)及第二電聲轉 換器(13c3/13c3,至13c4/13c4’)則以3·4ΜΗζ驅動。而類一維 光波導管則選擇性地形成於lm2之區段SF11至SG44中。 微透鏡單元(未示)可提供於雷射二極體(未示)及光學開 關間,該微透鏡單元可將雷射光聚焦在區段SG11至SG44 之中心區域上。本發明證實了 4 X 4光學開關之開關動作。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上,然其並非用 以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精 神和範圍内,當可作些許之更動與潤飾,如改變電聲轉換 器的數目及不限制應用本發明之光學元件的尺寸,因此本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 本紙張尺度適用中國國家標率(CNS } A4規格(210X297公釐)
Claims (1)
- 412655 申請專利範圍 1, 一種光學元件’其包括一光學材料塊(6a ; 7a ; 8a ; 9a ; lla ; 12a ; 13a)’以及至少一在該光學材料塊中產 生一聲波之聲波產生器(6a ; 7a ; 8a ; 9a ; na ; l2a . ,I--i 裝------訂 C請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁) 13blA3bl’-13b4/13b4’)’ 其特徵在於: 該聲波係用以做為一駐波’使該光學材料塊内之一部 分(6c ; 7d ; 8d ; 12d ; 13d)係根據聲光效應改變其折: 率,並在該光學材料塊内形成一光波導管。 2·如申請專利範圍第1項所述之光學元件,其中該光 學材料塊(6a ’ 7a ’ 8a ’ 9a,lla ; 12a ; 13a)在與該駐 波平行之方向具有一長度’且該長度係該聲波波長的整數 倍9 3. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件,其中該光 波導管(6c ; 8d)基本上係垂直該駐波之一平面式光波導 管。 4. 如申請專利範圍第3項所述之光學元件,更包括另 一聲波產生器(8c ; 9c) ’用以產生另一聲波做為連續波, 該連續波係通過該平面式光波導管傳遞,以使一入射 光(L9 ; L10)偏向。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 5·如申請專利範圍第4項所述之光學元件,其中該入 射光(L10)包含複數個不同波長之光線,且該連績波係根據 布萊格條件選擇性地使該些光線(L11)偏向。 6.如申請專利範圍第1項所述之光學元件,其中該光 學材料塊(lla)係以一非線性光學材料所形成。 7·如申請專利範圍第6項所述之光學元件,更包括另 本紙張尺度適用中國國家標率(CNS ) A4规格(210X297公釐) 412655 ABCD 六、申請專利範園 一聲波產生器(lie)’用以產生另一聲波做為該光學材料塊 中之另一駐波,其方向垂直於該駐波之方向, (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 該駐波及該另一駐波在該光學材料塊中之—部分形成 至少一類一維光波導管,且該部分係位於該駐波及該另一 駐波所導致折射率增加的位置。 8, 如申請專利範圍第7項所述之光學元件,其中該光 學材料塊(11a)係在相角匹配條件下從該非線性光學材料體 切割而來,且該類一維光波導管將一入射雷射光(L13)轉換 成不同波長之另一光束(L14) » 9. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件,其中該光 學材料係使用於一雷射振盪器,且,一被覆薄膜〇2c)連結 於該光學材料塊,用以限制自外部提供給該光波導管之一 激發雷射光(L15)’及增加該激發雷射光及一振盡雷射光之 能量密度。 10_如申請專利範圍第9項所述之光學元件,其中該光 學材料係換雜Yb之γν〇4 β 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 11.如申請專利範圍第1項所述之光學元件,其中該至 少一聲波產生器係由複數個次第一聲音產生器(13bl/13bl,_ 13b4/13b4’)所組成’並獨立驅動以產生該聲波之形式, 該光學元件更包括複數個次第二聲音產生器 (13cl/13clM3c4/13c4’)’其獨立驅動以產生另一聲波做為 垂直該光學材料塊(13a)中該駐波之另一駐波, 該些次第一聲音產生器及該些次第二聲音產生器於該 光學材料塊中定義一陣列之區段(SG11-SG44),其中至少產 本紙張尺度適用中囷國家榡率(CNS ) A4規格(210X297公釐} 412655 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍生一類一維光波導管。 ί ^^1· —^^1 ^^^1 ϊ— Ϊ . I (請先闥讀背面之注意事項再填寫本1) 訂 稣 經潦部中央標準扃員工消費合作社印装 2 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
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