JPS5891433A - 光偏向素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電気光学効果を発生させる誘電体に電界を
加え誘電体に非一様な屈折率分布を形成させることによ
２す、入射する光を偏向させる素子に関する。

この発明ｉ１低電圧駆動で大きな偏向角をもつコリメー
ト光が得られる光偏向素子を提供することを目的とする
。

以下、図面を参照してこの発明の実施例にっいて詳述す
る。

第１図および第２図番みおいて、電気光学効果を発生さ
せる誘電体結晶（１）の表面に、１対の線状電極（２）
が、間隔りをおいて平行に配置されている。これらの線
状電極（２）間に直流電源（３）によって、電圧Ｖが印
加されている。誘電体結晶（１）の例としては、５ｒＴ
ｉ０３、ＴｉＯ２、ＰＬＺＴ、ＬｉＮｂＯ３などがあり
、他の誘電体を使用することもできる。電極（２）は、
ホトリゾグラフィ技術によってアルミニウムを蒸羞する
ことにより形成することができる。線状電極（２）への
電圧印加により結晶（１）内に電界の強さの分布が発生
し、これによって以下に論述するように、結晶（１）の
厚さ方向（深さ方向）に急峻に変化する屈折率分布が得
られる。この結果、結晶（１）の電極（２）に直交する
一端面から入射ビーム（Ａ）を、電極（２１間のこのビ
ームは結晶（１）内を伝搬する過程で偏向され１他端面
から厚さ方向に偏向した出射ビーム（Ｂ）が得られる。

入射ビーム（Ａ）は、たとえば光ファイバ（図示略）を
結晶（１）の一端面に光結合させることにより、結晶（
１）内に入射させることができる。出射ビーム（Ｂ）も
同じように光ファイバを用いて取出すことができる。

第１図において、便宜的に、結晶（１）の入射面であっ
てかつ一方の電極（２）を原点として３次元の座標を仮
想し、一方の電極（２）から他方の電極（２）に向う方
向にＸ軸を、結晶（１）の厚さ方向にＹ軸を、光−の伝
搬方向に２軸をそれぞれとる。

第３図は、電極１２）への電圧印加によって発生する結
晶（１）内の電界分布を求めるためのモデルを示してい
る。距離りだけ離れた線状電極（２）に電荷＋ｑおよび
−ｑがある場合に、任意の点（Ｐ）における電位Ｖｐは
、各電荷＋ｑおよび−ｑによる電位の和となる。線状電
極（２）の長さＬが、線状電極（２）と点（Ｐ）との距
離（ｒｌ）（ｒ２）に比べて充分に長いと仮定すると、
Ｚ軸方向には電位および電界の強さは一様であると考え
られる。電位Ｖｐは次式で与えられる。

Ｘ方向への電位の傾き、すなわち電界の強さのＸ方向成
分Ｅｘは、第（１）式より次のようにして導かれる。

さＶｐ Ｅｘ＝−−−−ｍ−−− Ｘ ・・・（２） 線状電極（２）間の中心を通るＹ軸に平行な線上ではｘ
　＝　Ｄ　／　２であるから、点（Ｐ）がこの線上にあ
るよすれば、第（２）式は次のようになる。

電界ＥｘのＹ方向への変化の様子第３図に鎖線で、・示
されている。

１′ 、：ところで、電気光学誘電体に電界を加えた場合には
、その屈折率は電気光学効果によって電界の強さおよび
その２乗に比例して変化し１次式で表わされる。

ｎｘ＝ｎｏｘ＋Ｋｏ　１　＠Ｅｘ十Ｋｏ　２＠ＥＸ２　
　　　　・・拳　（４）ここで、Ｋｏｌ、ＫＯ２は電気
光学定数であり、ｎＸは屈折率ｎのＸ方向成分、ｎＯＸ
は電圧が印加されていないときの結晶の屈折率のＸ方向
成分である。

また、偏向角θは次式で表わされる。

きいほど大きくなることが理解されよう。そして、屈折
率ｎｘが最も大きい深さ位置ｙに入射ビーム（Ａ）を入
射させれば、最も大きな偏向角が得られる。その深さ位
置（これをＨとする）は次のようにして求められる。

まずＳ２次の電気光学定数ＫＯ２の影響の大きい結晶た
とえばむＴｉＯ３について考える。

の変化の様子が示されている。第（３）式より、電界の
Ｘ方向成分の２乗は、 次のようになる。

ここで、変数を変換して ｙ六ＫＤ　　　　　　・・・　（８） とおくＯＤは電極（２）の間隔であるから一定である。

第（７）式は次のように表わされる。

第（９）式のＫに関する１次偏導関数を求めると、５　
ＫＢ　−７；Ｑ　　川Ｉｎ となるＫを求めると ２Ｆｒ　　　＠＠す となる。ｙ＝）ｉとおいて第（８）式よりη を得る。

第（９）式のＫに関する２次偏導関数 なる点である。

第４図に示すように、入射ビーム（Ａ１）の最下端が変
曲点Ｑの位置になるようにこのビーム（Ａ１）を入射さ
せると、入射ビーム（Ａ１）の下部の成分はど偏向角は
大きくなり為ビーム（Ａ１）の最上端の成分の偏向角が
最も小さい。

このため、入射ビーム（Ａ１）は、偏向角の部分的な相
違によって（Ｂ１）で示すようにビーム径が小さくなる
。光ビームは一般には拡がる傾向にあるが、入射ビーム
（Ａ１）については収束する傾向にあるので、光ビーム
の拡がりが打ち消される。このため、結晶ｆｉ＋がら出
射する光ビーム（Ｂ１）は収束され、出射用光ファイバ
への結合が容易となる。変曲点。よりもｙのも小さくな
る。このため、光ビーム（Ａ１）よりもｙの小さい位置
に入射された光ビーム（Ａの位置に入射された光ビーム
が最も偏向角が大きいが、これよりも°ｙの値が小さい
位置１すなわち電極（２）が設けられた表面に近い位置
に光ビームを入射させると、その光ビームは収束される
傾向を持つ。

一例を挙げると、Ｄ＝８７０μｍのときに、Ｈ＝２００
μｍの深さ位置にビーム径が５０μｍの入射ビーム（４
）が入射される。−１次の電気光学定数Ｋｏｌの影響の
大きい誘で、この深さに入射ビームを入射させることに
より、最大の偏向角を得ることができ、この深さよりも
表面に近い位置に入射させれば偏向光の拡がりをおさえ
てコリメートすることが可能となる。

上記実施例のように、電極としては線状電極を用いる方
がより大きな電位勾配を得ることができるので好ましい
が、電極の形状としては、円形、方形、三角形、＜シ歯
状その他任意のものを採用することができる。また、電
極の対数は１対以外に何対設けてもよいし、誘電体結晶
の表裏両面に設けることも可能である。さらに、電極に
印加する電圧は直流のみならず交流でもよい。

以上詳細に説明したように、この発明によれば、電気光
学誘電体の一面に少なくとも１対の電極を設け、この電
極に電圧を印加することにより誘電体内に、その強さが
深さ方向に変化する電界を発生させ、この電界によって
誘電体の屈折率をその深さか、向に急峻に変化させてい
る。

そして、入射ビームを屈折率の変化の最も大きな深さ位
置に入射させている。したがって、低い印加電圧によっ
てきわめて大きな偏向角を得ることができる。また、入
射ビームを上記の深さ位置よりもやや上方に入射させる
ことにより、偏向光をコリメートすることができ、ビー
ム径を絞ることができるために出射用光ファイバとの光
結合が容易となり、光スィッチ等への応用が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す斜視図九第２図は電気
光学結晶の入射がわの端面を示す図、第３図は電界の強
さの変化を示す図、第４図は偏向の様子を示す図である
。 ＋１１・・・電気光学誘電体、（２）・・・線状電極、
←）・・拳入射ビーム、（Ｂ）・軸出対ビーム、（Ｄ）
・・・電極間隔、（Ｈ）・・・入射深さ位置。 以　　上 外４名 第１６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　深さ方向に強さが変化する電界を発生させる
   ための少なくとも１対の電極が、あらかじめ定められた
   所定間隔はなれて一表面上に設けられた、電気光学効果
   を発生させる誘電体と、 １対の電極の間隔よりも充分に小さいビーム径をもつ光
   を、誘電体の上記−表面に直交する端面に入射させる手
   段とを有し、 上記入射光の入射位置が、１対の電極間の中心であって
   、誘電体内に発生した電界によや屈折率の深さ方向にお
   ける変化の最も大きい深さ位置付近である、光偏向素子
   。
2. （２）上記入射光が入射する上記−表面からの深（１）
   項記載の光偏向素子。
3. （３）　　電極が、光の伝搬方向に平行な線状電極で−
   ある１特許請求の範囲第（１）項記載の光偏向素子０