JPH06230331A - 音響光学素子 - Google Patents
音響光学素子Info
- Publication number
- JPH06230331A JPH06230331A JP3442593A JP3442593A JPH06230331A JP H06230331 A JPH06230331 A JP H06230331A JP 3442593 A JP3442593 A JP 3442593A JP 3442593 A JP3442593 A JP 3442593A JP H06230331 A JPH06230331 A JP H06230331A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acousto
- optic
- optic device
- light
- piezoelectric vibrator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 音響光学媒体と圧電振動子を接合してなる音
響光学素子において、超音波による音響光学媒体中での
発熱を抑制することにより、ビームの変形・位置ズレ、
回折効率劣化のない音響光学素子を供する。 【構成】 音響光学素子の光学面および圧電振動子接合
面を除く全ての面に蒸着法、スパッタ法あるいはイオン
プレーティング法によりＩｎ（インジウム）膜１１を数
μｍ製膜し、放熱板１０を密着させた構造とする。
響光学素子において、超音波による音響光学媒体中での
発熱を抑制することにより、ビームの変形・位置ズレ、
回折効率劣化のない音響光学素子を供する。 【構成】 音響光学素子の光学面および圧電振動子接合
面を除く全ての面に蒸着法、スパッタ法あるいはイオン
プレーティング法によりＩｎ（インジウム）膜１１を数
μｍ製膜し、放熱板１０を密着させた構造とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光変調、光スイッチン
グ、光周波数シフター等に使用される音響光学素子に関
するものである。
グ、光周波数シフター等に使用される音響光学素子に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】光エレクトロニクスの発展に伴い、その
実用化が急ピッチで進められているが、その中で光を電
気的に制御して信号とする手段の一つとして音響光学変
調器がある。
実用化が急ピッチで進められているが、その中で光を電
気的に制御して信号とする手段の一つとして音響光学変
調器がある。
【０００３】音響光学変調器は音響光学媒体と圧電振動
子を接合して成る音響光学素子とその共振回路から構成
され、高周波電圧を音響光学素子に印加することにより
音響光学媒体中の屈折率が周期的に変化する光弾性効果
を利用している。この効果を利用することにより例え
ば、光の光路変化、周波数変調による光進行方向の制
御、光の周波数変調（回折された光は移動する超音波よ
って一種のドップラー効果を受けその周波数が超音波の
周波数だけシフトすることを利用）等が可能となる。こ
れらの光変調効果はそこで、ガスレーザを用いたレーザ
プリンタ、レーザスキャナ、レーザファクシミリに広く
用いられており、近年の電子計算機等の高速化に伴う出
力の高速化、低ノイズ化、及び高速スイッチング化に重
要な役割をはたしている。
子を接合して成る音響光学素子とその共振回路から構成
され、高周波電圧を音響光学素子に印加することにより
音響光学媒体中の屈折率が周期的に変化する光弾性効果
を利用している。この効果を利用することにより例え
ば、光の光路変化、周波数変調による光進行方向の制
御、光の周波数変調（回折された光は移動する超音波よ
って一種のドップラー効果を受けその周波数が超音波の
周波数だけシフトすることを利用）等が可能となる。こ
れらの光変調効果はそこで、ガスレーザを用いたレーザ
プリンタ、レーザスキャナ、レーザファクシミリに広く
用いられており、近年の電子計算機等の高速化に伴う出
力の高速化、低ノイズ化、及び高速スイッチング化に重
要な役割をはたしている。
【０００４】ところで、前記光変調効果には、超音波の
波長と入射光のビーム径の関係により、光の屈折と回折
の２つの現象が存在する。即ち、超音波の波長がビーム
径に比べて十分に長い場合（低周波の超音波）には、光
は緩やかに屈折率が変化する音響光学媒体中を通過する
ことになり、屈折現象が生じる。一方、波長がビーム径
に比べて十分に短い場合（高周波の超音波）には、音響
光学媒体中の周期的屈折率変化が回折格子として作用す
るために光が回折される。一般に、音響光学素子では後
者の回折現象が利用されている。
波長と入射光のビーム径の関係により、光の屈折と回折
の２つの現象が存在する。即ち、超音波の波長がビーム
径に比べて十分に長い場合（低周波の超音波）には、光
は緩やかに屈折率が変化する音響光学媒体中を通過する
ことになり、屈折現象が生じる。一方、波長がビーム径
に比べて十分に短い場合（高周波の超音波）には、音響
光学媒体中の周期的屈折率変化が回折格子として作用す
るために光が回折される。一般に、音響光学素子では後
者の回折現象が利用されている。
【０００５】前記光変調効果を利用する音響光学素子に
よる回折現象は、複数の回折光が現われるラマン−ナス
回折、１次回折光のみが現われるブラッグ回折、および
その中間領域での回折に分けられるが、高い回折効率が
得られるブラッグ回折が最も広く使われている。
よる回折現象は、複数の回折光が現われるラマン−ナス
回折、１次回折光のみが現われるブラッグ回折、および
その中間領域での回折に分けられるが、高い回折効率が
得られるブラッグ回折が最も広く使われている。
【０００６】ブラッグ回折は（１）式で与えられる角度
（ブラッグ回折角）で入射した光を、波面と同じ角度を
なす方向にだけ回折され、回折角を２θだけ偏向するこ
とができる。
（ブラッグ回折角）で入射した光を、波面と同じ角度を
なす方向にだけ回折され、回折角を２θだけ偏向するこ
とができる。
【０００７】 θ＝ｓｉｎ-1（λ／２Λ）＝ｓｉｎ-1（λｆa／２ｖ） （１）
【０００８】θ：ブラッグ回折角（度）、λ：光の波長
（m）、Λ：超音波の波長（m） ｖ：音響光学媒体中の超音波の音速（m/s）、ｆa：超音
波の周波数（Hz）
（m）、Λ：超音波の波長（m） ｖ：音響光学媒体中の超音波の音速（m/s）、ｆa：超音
波の周波数（Hz）
【０００９】つまり１次回折光は電気入力をオンしたと
きに発生し、オフ状態では回折しない。従ってスリット
やピンホールなどで１次回折光のみを取り出せば、極め
て消光比の高いレーザビームのスイッチングができる。
ここで消光比の高低は（２）式に示す回折効率としてあ
らわされる。
きに発生し、オフ状態では回折しない。従ってスリット
やピンホールなどで１次回折光のみを取り出せば、極め
て消光比の高いレーザビームのスイッチングができる。
ここで消光比の高低は（２）式に示す回折効率としてあ
らわされる。
【００１０】 回折効率（％）＝｛（１次回折光強度）／（透過光強度）｝×１００ （２）
【００１１】実用上、消光比の高いレーザビームスイッ
チング実現の為には回折効率が６０％以上あることが望
まれている。ところで、回折効率を左右する作製上の最
も大きな要因として音響光学媒体と圧電振動子の接合状
態があげられ、均一な接着技術が要求されている。
チング実現の為には回折効率が６０％以上あることが望
まれている。ところで、回折効率を左右する作製上の最
も大きな要因として音響光学媒体と圧電振動子の接合状
態があげられ、均一な接着技術が要求されている。
【００１２】このため、音響光学媒体と圧電振動子の接
合はインジウム、スズなどの金属接着、あるいは有機接
着剤などが用いられている。しかしながら両者とも高周
波電圧を印加すると音響光学媒体内の温度が通電時間と
共に上昇し、音響光学媒体中に屈折率の不均一を生じさ
せ、ビームの変形・位置ズレ、熱による回折効率劣化を
引き起こしていた。このため従来は、アルミなどの放熱
性の高い金属ブロックをシリコンゴムで音響光学素子に
接合し、放熱効果を上げることにより音響光学媒体中の
屈折率不均一を防止していたがその効果は必ずしも十分
ではなかった。
合はインジウム、スズなどの金属接着、あるいは有機接
着剤などが用いられている。しかしながら両者とも高周
波電圧を印加すると音響光学媒体内の温度が通電時間と
共に上昇し、音響光学媒体中に屈折率の不均一を生じさ
せ、ビームの変形・位置ズレ、熱による回折効率劣化を
引き起こしていた。このため従来は、アルミなどの放熱
性の高い金属ブロックをシリコンゴムで音響光学素子に
接合し、放熱効果を上げることにより音響光学媒体中の
屈折率不均一を防止していたがその効果は必ずしも十分
ではなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の技術
的課題は、超音波による音響光学媒体中での発熱を抑制
することにあり、この技術的課題を解決することによ
り、ビームの変形・位置ズレ、回折効率劣化のない音響
光学素子を提供しようとするものである。
的課題は、超音波による音響光学媒体中での発熱を抑制
することにあり、この技術的課題を解決することによ
り、ビームの変形・位置ズレ、回折効率劣化のない音響
光学素子を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題点
を解決するため、高周波電圧を印加したときの音響光学
媒体中の温度分布を測定（日本アビオニクスＴＶＳ−２
００）した。その結果、超音波（進行波）の衝突部で発
熱が生じることを見出だした。これらの事実をふまえ本
発明者は、超音波の衝突部に超音波吸収、熱伝導の両者
に優れた材料を設置し、放熱板を密着することにより上
記問題点を解決できると考え、様々な材料を検討した結
果、インジウム（Ｉｎ）がもっとも適していることを実
験的に見出だした。すなわち音響光学素子の光学面およ
び圧電振動子接合面を除く全ての面に蒸着法、スパッタ
法あるいはイオンプレーティング法によりＩｎを数μｍ
製膜し、放熱板を密着させることにより音響光学媒体中
の発熱の問題を解決した。本発明は、音響光学媒体と圧
電振動子を接合してなる音響光学素子において、光学面
および圧電振動子接合面を除く全ての面に物理的蒸着法
によりＩｎを１μｍ以上製膜し、放熱板を密着させた構
造とすることを特徴とする音響光学素子である。
を解決するため、高周波電圧を印加したときの音響光学
媒体中の温度分布を測定（日本アビオニクスＴＶＳ−２
００）した。その結果、超音波（進行波）の衝突部で発
熱が生じることを見出だした。これらの事実をふまえ本
発明者は、超音波の衝突部に超音波吸収、熱伝導の両者
に優れた材料を設置し、放熱板を密着することにより上
記問題点を解決できると考え、様々な材料を検討した結
果、インジウム（Ｉｎ）がもっとも適していることを実
験的に見出だした。すなわち音響光学素子の光学面およ
び圧電振動子接合面を除く全ての面に蒸着法、スパッタ
法あるいはイオンプレーティング法によりＩｎを数μｍ
製膜し、放熱板を密着させることにより音響光学媒体中
の発熱の問題を解決した。本発明は、音響光学媒体と圧
電振動子を接合してなる音響光学素子において、光学面
および圧電振動子接合面を除く全ての面に物理的蒸着法
によりＩｎを１μｍ以上製膜し、放熱板を密着させた構
造とすることを特徴とする音響光学素子である。
【００１５】
【作用】音響光学素子の光学面および圧電振動子接合面
を除く全ての面に蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプ
レーティング法により超音波吸収および熱伝導に優れた
Ｉｎを数μｍ製膜し、放熱板を密着させることにより、
音響光学媒体内の温度上昇を抑制することが可能とな
る。
を除く全ての面に蒸着法、スパッタ法あるいはイオンプ
レーティング法により超音波吸収および熱伝導に優れた
Ｉｎを数μｍ製膜し、放熱板を密着させることにより、
音響光学媒体内の温度上昇を抑制することが可能とな
る。
【００１６】
【実施例】音響光学媒体にセレン化砒素（Ａｓ2Ｓｅ3）
ガラス、圧電振動子にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ3）単結晶を用い、両者をエポキシ接着剤にて接合
し、音響光学素子を形成する。つぎに上記音響光学素子
の光学面および圧電振動子接合面を除く３面に真空蒸着
法によりＩｎを１μｍ製膜し、アルミ製の放熱板を密着
させた。図１に本実施例で作製した音響光学素子（放熱
板付き）の構成概略図を示す。作製した音響光学素子を
共振回路に組み込み、図２に示す光学系を用い、超音波
（１４０ＭＨｚ）信号を入力（０．５Ｗ）し、１００時
間通電試験を行った。その結果、図３に示す如く、回折
効率の低下は起こらなかった。またビームドリフト、変
形についても観測されなかった。そこでサーマルビデオ
システムにより媒体内温度を測定したところ温度上昇は
極めて低く媒体内温度は２５〜２８℃であった。
ガラス、圧電振動子にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ3）単結晶を用い、両者をエポキシ接着剤にて接合
し、音響光学素子を形成する。つぎに上記音響光学素子
の光学面および圧電振動子接合面を除く３面に真空蒸着
法によりＩｎを１μｍ製膜し、アルミ製の放熱板を密着
させた。図１に本実施例で作製した音響光学素子（放熱
板付き）の構成概略図を示す。作製した音響光学素子を
共振回路に組み込み、図２に示す光学系を用い、超音波
（１４０ＭＨｚ）信号を入力（０．５Ｗ）し、１００時
間通電試験を行った。その結果、図３に示す如く、回折
効率の低下は起こらなかった。またビームドリフト、変
形についても観測されなかった。そこでサーマルビデオ
システムにより媒体内温度を測定したところ温度上昇は
極めて低く媒体内温度は２５〜２８℃であった。
【００１７】
【比較例】実施例のＩｎをシリコンゴムに替えた以外
は、実施例と同様にして音響光学素子を作製した。作製
した音響光学素子を共振回路に組み込み、図２に示す光
学系を用い、超音波（１４０ＭＨｚ）信号を入力（０．
５Ｗ）し、１００時間通電試験を行った。その結果、図
４に示す如く、３０時間経過後に回折効率が不安定とな
り、８０時間後には回折効率の低下が起こった。またビ
ームドリフト、変形についても観測された。そこでサー
マルビデオシステムにより媒体内温度を測定したとこ
ろ、実施例により作製した物と比べ１０℃程度温度が上
昇しており、媒体内温度は３８〜４２℃であった。
は、実施例と同様にして音響光学素子を作製した。作製
した音響光学素子を共振回路に組み込み、図２に示す光
学系を用い、超音波（１４０ＭＨｚ）信号を入力（０．
５Ｗ）し、１００時間通電試験を行った。その結果、図
４に示す如く、３０時間経過後に回折効率が不安定とな
り、８０時間後には回折効率の低下が起こった。またビ
ームドリフト、変形についても観測された。そこでサー
マルビデオシステムにより媒体内温度を測定したとこ
ろ、実施例により作製した物と比べ１０℃程度温度が上
昇しており、媒体内温度は３８〜４２℃であった。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、音
響光学素子の温度上昇を抑制し、ビームの変形・位置ズ
レ、回折効率劣化を防止することができ、信頼性および
耐久性の高い音響光学素子を提供できる。
響光学素子の温度上昇を抑制し、ビームの変形・位置ズ
レ、回折効率劣化を防止することができ、信頼性および
耐久性の高い音響光学素子を提供できる。
【図１】本実施例により作製した音響光学素子の概略構
成を示す説明図。
成を示す説明図。
【図２】本実施例および比較例で用いた通電試験用光学
系の概略を示す説明図。
系の概略を示す説明図。
【図３】本実施例により作製した音響光学素子の通電時
間に対する回折効率変化を示す図。
間に対する回折効率変化を示す図。
【図４】比較例により作製した音響光学素子の通電時間
に対する回折効率変化を示す図。
に対する回折効率変化を示す図。
【図５】音響光学素子の動作原理を示す説明図。
１ 入射光 ２ 第１次回折光 ３ 非回折光 ４ 超音波進行波 ５ 圧電振動子 ６ 音響光学媒体 ７ 高周波電圧 １０ 放熱板 １１ Ｉｎ膜 １２ 試料ステージ（放熱板） １３ 斜め研磨部（超音波反射防止用） １４ リード線 １５ 光源（波長１．３１μｍ） １６ 音響光学変調器（共振回路と音響光学素子） １７ 同軸ケーブル １８ 高周波電源（１４０ＭＨｚ） １９ 光パワーメータ ａ 光の進行方向を示す矢印
Claims (1)
- 【請求項１】 音響光学媒体と圧電振動子を接合してな
る音響光学素子において、光学面および圧電振動子接合
面を除く全ての面に物理的蒸着法によりＩｎを１μｍ以
上製膜し、放熱板を密着させた構造とすることを特徴と
する音響光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3442593A JPH06230331A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 音響光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3442593A JPH06230331A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 音響光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06230331A true JPH06230331A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=12413861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3442593A Pending JPH06230331A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 音響光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06230331A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111370987A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-07-03 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种具有高损伤阈值的声光q开关 |
-
1993
- 1993-01-29 JP JP3442593A patent/JPH06230331A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111370987A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-07-03 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种具有高损伤阈值的声光q开关 |
| CN111370987B (zh) * | 2020-04-27 | 2025-08-26 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种具有高损伤阈值的声光q开关 |
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