JPS6060619A - 全反射型光変調器 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、光を断続することを目的とする光変調器に関
するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の全反射型光変調器の構成は、第１図に示すように
、２枚のプリズム１及び２が光の波長より狭い間隔で重
ねられ、プリズム角θは全反射現象が生ずる臨界角以上
になっている。各プリズム１．２はこの間隔を変動させ
ることができるよう積層圧電素子３．４を介して固定台
５，６に固定されている。プリズム１，２間の間隔は非
常に微小なので、熱膨張による影響を受けないような構
造になっている。すなわち、積層圧電素子３，４は同一
材質、同一厚さなので、熱膨張は等しく、互に熱膨張あ
るいは収縮分を補償しているＯプリズム１，２自体の熱
膨張あるいは収縮は、同様の方法で、補償スペーサ７で
、補償している。すなわぢ、このスペーサ７は、プリズ
ム材と同じ熱膨張係数の材料を選定し、厚さもプリズム
と略等くしである。第１図によるとプリズムの間隔分だ
け厚さが違うが、この差は非常にわずかなので、変調器
の特性に影響を与えない。

プリズム角は、次式で与えられる。

θ≧ｓｉｎ　’（１／Ｅ　）−−−−（１）ここで、θ
はプリズム角で、全反射臨界角と等しいか、それより大
きくなければならない。ｎはプリズムの屈折率である。

プリズムが、ｎ＝１．６のガラスであればθは３９°以
上でなければならない。

そこで、有効径２ＱＭの変調器を構成するにはプリズム
１，２は最低１７ｗＬ程度の厚さが必要になる。有効径
を大きくすればするほど、プリズム１．２が厚くなり、
薄型軽量の変調器を作製することは不可能である。

まだ、遠赤外線変調器の場合、使用できるプリズム材が
限定されるので、実用的な機械強度およブ耐湿性に重点
を置くと若干吸収係数の大きい材料を使わざるを得ない
ことがある。例えば、ゲルマニウムは波長１５μｍの赤
外光では、吸収係数は０．４ｃｎＬ’である。一方屈折
率はｎ＝４なので、θ≧１５°であるが、変調率を高く
するという観点からθ−２３°とすると、有効径２０ｒ
ＩＩＬφの場合、厚さは約８＃以上になる。

従って、この場合、ゲルマニウムプリズムによる赤外吸
収損失は １ｅ　Ｏ・８ｘ０・４−０．２７ となる。すなわち２７％の吸収損失となり無視できない
大きさである。

以上のように、従来の全反射型光変調器は、次の様な次
点がある。

■　薄型、軽量な構成でない。

■　光吸収係数が無視し得ない材質では、プリズムによ
る光の吸収損失が大きくて、実用的には使えない。

発明の目的 本発明は薄型・軽量でかつ光の吸収損失を低く抑えるこ
とができる全反射型光変調器を得ることを目的とする。

発明の構成 本発明は断面が鋸歯状のプリズムを光の波長より狭い間
隔で配した全反曲型光変調器である。

実施例の説明 以下本発明を実施例にもとづいて詳細に説明する。

第２図は本発明による全反射型光変調器の実施例を示す
。図において第１図と同一部分には同一符号を付して説
明を省略する。１１．１２ゲルマニウムプリズムで横断
面が鋸歯状をしている。各鋸歯は右向き又は左向きの斜
面と垂直面とからなり各面は互いに平行に向い合ってい
る。変調器の有効径２０ｍηφとすると、プリズム１１
．１２の寸法は３０間φで、鋸歯状斜面は、有効径部分
に第３図に示すように光の入出射方向より見て直線状に
形成した。プリズム角２３°、歯数８枚、２．６酎間隔
、プリズム板平均厚さ１酎である。外側平面には、反射
防止膜（中心波長１６μｍ）２１を蒸着し、２枚を第２
図の様に組合せると、プリズムの組合せ厚さは２ｖｒｍ
である。

積層圧電素子３，４はチタン酸鉛系セラミック材を用い
、ｏ、１ｍｍ厚さの素子を２０枚重ね、印加電圧２０（
ｌで、プリズム間隔を２μｍ変動できる。

固定板６，６は熱膨張係数の少ないインバーを用いた。

スペーサ７は、プリズム材と同じゲルマニウムとしだ。

プリズム間隔を０．３μｍに設定し、圧電素子３゜４に
より２μｍ広げる方向に変動し７たところ、波長１６μ
ｍの赤外線で６３％の変調率が得られた。

第４図は本発明の他の実施例を示す。第２図と同一の変
位機構で、ゲルマニウムプリズム１１゜１２を第４図に
示すように横断面が右向き斜面と左向き斜面が交互に配
列され向い合う斜面が平行であり、かつ光の入出射方向
より見て直線状の形状にし、プリズム間隔を０．３μｍ
に設定し、圧電素子により２μｍ広げる方向に変動した
とこは、波長１６μｍの赤外線で６６％の変調率が得ら
れた。このように断面形状に垂直面を含せない構造では
垂直面スリ合せ部でのわずかなエネルギ損失もないので
、はソ理論値に近い変調率が得られる。

尚、斜＋１６の繰り返し間隔は第３図と同一で、２．６
ｍノ〃である。

第６図は本発明の更に他の実施例を示し、第２図と同一
の変位機構で、ゲルマニウムプリズム１１．１２の断面
を第６図のように間隔２．６　ｙｒｒｍで右向き斜面と
左向き斜面が交互に配さね、かつ光の入出射方向より見
て同心円状の形状にし、プリズム間隔を０．３μｍに設
定し、圧電素子により２μｍ広げる方向に変動したとこ
ろ、波長１６μｍの赤外線で６６％の変調率が得られた
。

第６図は本発明の更に他の実施例で、第２図と同一の変
位機構で、ゲルマニウムプリズム１１゜１２を第６図の
ように同心円状の斜面の形状にしプリズム間隔を０．３
μｍ、圧電素子による広げ間隔を２ｐｍとしだところ、
波長１６μｍの赤外線で６３％の変調率が得られた。

以上の実施例において、斜面の歯数が多いほどプリズム
の厚さは薄くすることができ、歯数をｍとすると斜面部
分が１７ｍに低減できる。

第３図の実施例については、若干変調率が低いが垂直面
でのすり合せにより、横方向のズレが防げるという利点
がある。又第６図の実施例では、その垂直面が同心円状
になっているので、振動方向に垂直な方向は全くズレが
生じないことになる。

発明の効果 以上のように本発明は断面が鋸歯状の２枚のプリズムを
入射光の波長より小さい間隔で配した全反射型光変調器
で、薄型軽量々全反射型光変調器を得ることができ、従
来の見の厚さのプリズムにより、変調器の厚さが棒、重
量が％にすることができる。また斜面の歯数を増せば更
に薄型・軽量にすることが可能である。

また、赤外線変調器としては、プリズムを薄くすること
により、赤外吸収損失を減少することができ、従来の構
造では、有効口径２０７＋１ｆｆを確保するだめには、
プリズム厚きは、１ｏｍｍ程度必要で、最大赤外変調率
は、反射損失１０％を考慮に入れて、４８％しか達成で
きなかったが、本発明によれば反射損失１０％も含めて
、変調率は６３〜６５％であり、１．３倍以上の変調率
が達成されだ０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の全反射型光変調器の断面図、第２図は本
発明による全反射型光変調器の実施例を示す図、第３図
〜第６図は、本発明による全反射型光変調器のプリズム
の形状の実施例を示す図である。 １．２・・・・プリズム、３，４・・・・・・積層圧電
素子、６．６・・・・固定台、了・・・・・・補償スペ
ーサ、１１゜１２・・・・・・鋸歯状型プリズム、２１
・・・・・・反射防止膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ５ 第４図 １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）向い合う面が鋸歯状の横断面を有し、かつ向い合
   う斜面が平行である２枚のプリズムを有し前記２枚のプ
   リズムを入射光波長より狭い間隙で配し、前記間隔を微
   小変動させることを特徴とする全反射型光変調器。 （坤　相向い合う斜面が、右向きと左向きで構成され、
   それが交互に配列されている特許請求の範囲第１項記載
   の全反射型光変調器。 （３）相向い合う斜面が、右向き又は左向きのいずれか
   １種であり、ひとつの斜面と隣り合う斜面の間が垂直面
   になっている特許請求の範囲第１項記載の全反射型光変
   調器。 （４相向い合う斜面が、光の入出射する方向から見て、
   直線状に配列されている特許請求の範囲第１項記載の全
   反射型光変調器。 （時　相向い合う斜面が、光の入出射する方向から見て
   、同心円状に配列されている特許請求の範囲第１項記載
   の全反射型光変調器。