JPS62272711A - 光−弾性変位変換器 - Google Patents
光−弾性変位変換器Info
- Publication number
- JPS62272711A JPS62272711A JP11466286A JP11466286A JPS62272711A JP S62272711 A JPS62272711 A JP S62272711A JP 11466286 A JP11466286 A JP 11466286A JP 11466286 A JP11466286 A JP 11466286A JP S62272711 A JPS62272711 A JP S62272711A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- elastic displacement
- piezoelectric
- piezoelectric medium
- medium
- semiconductor layer
- 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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- Optical Transform (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
（発明の技術分野）
本発明は光信号を弾性変位に変換する機能を有する変換
器に関するものである。
器に関するものである。
（従来技術とその問題点）
各種電子機器においては、ある種の信号を別の種類の信
号に変換する機能を果たす素子即ち変換素子が多用され
ている。例えば、電気信号を弾性波動に変換する圧電ト
ランスジューサ、あるいは光信号を電気信号に変換する
フォトダイオードなどはその代表例である。
号に変換する機能を果たす素子即ち変換素子が多用され
ている。例えば、電気信号を弾性波動に変換する圧電ト
ランスジューサ、あるいは光信号を電気信号に変換する
フォトダイオードなどはその代表例である。
これら各種の変換素子の進歩・発展にもかかわらず、光
信号を弾性変位に変換する効果的な素子は実現されてお
らず、その開発が待たれていた。
信号を弾性変位に変換する効果的な素子は実現されてお
らず、その開発が待たれていた。
（発明の目的）
本発明は光−電気変換および電気−音響変換の両変換機
能を同一素子上に搭載することにより、簡単な構成で光
信号を効果的に弾性変位に変換することのできる光−弾
性変位変換器を提供するものである。
能を同一素子上に搭載することにより、簡単な構成で光
信号を効果的に弾性変位に変換することのできる光−弾
性変位変換器を提供するものである。
（発明の構成〉
本発明は半導体光起電力素子を圧電媒質に被着して形成
し、前記光起電力素子に光を照射して得られた電圧を前
記圧電媒質に印加することにより、弾性変位に変換する
ことを構成上の第一の特徴とするもので、これにより、
極めて小形の光−弾性変位変換素子が実現される。この
特徴に加え本発明の変換素子では圧電フィルタを素子上
に同時に形成できるという特徴があり、このため、パル
ス状の入力光を照射した場合前記圧電フィルタの通過周
波数に対応した繰返し周期をもつ光パルス系列のみを電
気信号として取り出すという、光−電気変換機能とフィ
ルタ機能とを併せ備えることも可能である。
し、前記光起電力素子に光を照射して得られた電圧を前
記圧電媒質に印加することにより、弾性変位に変換する
ことを構成上の第一の特徴とするもので、これにより、
極めて小形の光−弾性変位変換素子が実現される。この
特徴に加え本発明の変換素子では圧電フィルタを素子上
に同時に形成できるという特徴があり、このため、パル
ス状の入力光を照射した場合前記圧電フィルタの通過周
波数に対応した繰返し周期をもつ光パルス系列のみを電
気信号として取り出すという、光−電気変換機能とフィ
ルタ機能とを併せ備えることも可能である。
（実施例）
第１図は本発明の第一の実施例を説明する図であり、１
は圧電媒質、２は半導体層、３は透明電極、４は電極、
５は透明電極３と電極４とを電気的に接続するリード線
、６は入射光である。この実施例において、半導体層２
はｐｎ接合などの方法で光起電力効果を有するように形
成しておき、具体的には例えば第２図の如き構成とする
。第２図において、２１．２２及び２３はアモルファス
シリコン薄膜で、それぞれｐ層、ｉ層およびｎ層とする
。
は圧電媒質、２は半導体層、３は透明電極、４は電極、
５は透明電極３と電極４とを電気的に接続するリード線
、６は入射光である。この実施例において、半導体層２
はｐｎ接合などの方法で光起電力効果を有するように形
成しておき、具体的には例えば第２図の如き構成とする
。第２図において、２１．２２及び２３はアモルファス
シリコン薄膜で、それぞれｐ層、ｉ層およびｎ層とする
。
入射光６が透明電極を通して半導体層２に照射されると
、光起電力効果によりｐ層２１とｎ層２３の間に電位差
が生ずる。同様にして第１図において入射光６が照射さ
れると、半導体層２の上下面に電位差が生じることとな
る。半導体層２の上面は、透明電極３およびリード線５
を通して圧電媒質の下面に付着された電極６に電気的に
接続されているから、半導体層２の上下面に生じた電圧
は圧電媒質１の上下面に印加され、さらに圧電性を通じ
て弾性変位に変換され、圧電媒質１はその厚さが極く僅
か変わる。即ち、入射光６は弾性変位に変換されること
になる。入射光６の強度が一定の場合には変位量も一定
値となり、入射光６の強度が変わればその強度に応じて
変位量も変化する。このような変換機能により、本実施
例の素子は光によって位置を微細に制御するためのアク
チュエータ素子あるいは光から直接音響に変換するスピ
ーカとして利用することができる。
、光起電力効果によりｐ層２１とｎ層２３の間に電位差
が生ずる。同様にして第１図において入射光６が照射さ
れると、半導体層２の上下面に電位差が生じることとな
る。半導体層２の上面は、透明電極３およびリード線５
を通して圧電媒質の下面に付着された電極６に電気的に
接続されているから、半導体層２の上下面に生じた電圧
は圧電媒質１の上下面に印加され、さらに圧電性を通じ
て弾性変位に変換され、圧電媒質１はその厚さが極く僅
か変わる。即ち、入射光６は弾性変位に変換されること
になる。入射光６の強度が一定の場合には変位量も一定
値となり、入射光６の強度が変わればその強度に応じて
変位量も変化する。このような変換機能により、本実施
例の素子は光によって位置を微細に制御するためのアク
チュエータ素子あるいは光から直接音響に変換するスピ
ーカとして利用することができる。
ここで、第１図の実施例の素子では、弾性波についてみ
ると、圧電共振子を形成し得ることば明白である。弾性
変位量は前述の如く入射光強度に応じて変化するので、
周期的に強度変調を受けた入射光に対しては周期的な弾
性歪が生じる。このため入射光の変調周波数ｆＭが圧電
共振周波数ｆｒに一致していると、強い弾性共振が起き
るので、この事実を利用してフィルタ作用を併せもたせ
ることが可能となる。
ると、圧電共振子を形成し得ることば明白である。弾性
変位量は前述の如く入射光強度に応じて変化するので、
周期的に強度変調を受けた入射光に対しては周期的な弾
性歪が生じる。このため入射光の変調周波数ｆＭが圧電
共振周波数ｆｒに一致していると、強い弾性共振が起き
るので、この事実を利用してフィルタ作用を併せもたせ
ることが可能となる。
第３図ｆａｔばその実施例である。この実施例では、一
枚の圧電板上に第１図と同一構成の光−弾性波変換手段
と、それに隣接して電極４Ｌ ４２より成る圧電共振子
を構成し、さらに電極４１および４２に電気的に接続さ
れた出力端子５１および５２を設ける。
枚の圧電板上に第１図と同一構成の光−弾性波変換手段
と、それに隣接して電極４Ｌ ４２より成る圧電共振子
を構成し、さらに電極４１および４２に電気的に接続さ
れた出力端子５１および５２を設ける。
このような構成では、弾性波についてみると、いわゆる
モノリシック・クリスタル・フィルタ（ＭＣＦ）が形成
されるから、該ＭＣＦの圧電板の厚さできまる通過周波
数に一致した周波数で強度変調された入射光に対応した
変換出力を電気的にとり出すことが可能である。
モノリシック・クリスタル・フィルタ（ＭＣＦ）が形成
されるから、該ＭＣＦの圧電板の厚さできまる通過周波
数に一致した周波数で強度変調された入射光に対応した
変換出力を電気的にとり出すことが可能である。
第３図ｆｂｌおよび（Ｃ１は上述のフィルタ作用を説明
するだめの信号波形側図で、（ｂｌは入射光、ｔｃ＋は
出内端子５１．５２に現れる電気出力である。入射光は
、周期Ｔ、を有するパルス符号列で“０”あるいは“１
″の符号に応じて第３図ｆｂｌに示すように光パルスが
強度変調されているものとする。このような符号列は基
本周波数ｆＨ＝１／ＴＩ４の周波数成分をもつので、こ
の周波数ｆ、が前記ＭＣＦの通過周波数に一致すれば出
力端子５１．５２には第３図（Ｃ１に示すように周波数
ｆ、の電気出力が得られる。
するだめの信号波形側図で、（ｂｌは入射光、ｔｃ＋は
出内端子５１．５２に現れる電気出力である。入射光は
、周期Ｔ、を有するパルス符号列で“０”あるいは“１
″の符号に応じて第３図ｆｂｌに示すように光パルスが
強度変調されているものとする。このような符号列は基
本周波数ｆＨ＝１／ＴＩ４の周波数成分をもつので、こ
の周波数ｆ、が前記ＭＣＦの通過周波数に一致すれば出
力端子５１．５２には第３図（Ｃ１に示すように周波数
ｆ、の電気出力が得られる。
前記ＭＣＦは有限のＱ値をもつので、入射光符号列に“
０″が若干続いても連続した電気出力が得られる。従っ
て、第３図ｆａｌの実施例の素子は光通信装置において
、タイミング抽出フィルタとして利用することも可能で
ある。
０″が若干続いても連続した電気出力が得られる。従っ
て、第３図ｆａｌの実施例の素子は光通信装置において
、タイミング抽出フィルタとして利用することも可能で
ある。
第４図は本発明の第３の実施例で、１ａは圧電性媒質、
２は半導体層、３は透明電極、４ａは電極、５はリード
線、６は入射光、７は石英などより成る弾性波伝ばん媒
体、８は入射光から変換された弾性波を表す。この実施
例においては、光起電力効果および圧電効果を通して変
換された弾性波は、伝ばん媒体７の中を伝ばんするから
、遅延素子として利用することが可能である。また、こ
のようにして生じた弾性波は、伝ばん媒体７の右端に圧
電変換子を設けて電気出力として取り出しても良いし、
あるいは伝ばん媒体７に光弾性効果の大きな材料を用い
てその伝ばん媒体７に別の光ビームを照射して、偏向さ
せることも可能である。
２は半導体層、３は透明電極、４ａは電極、５はリード
線、６は入射光、７は石英などより成る弾性波伝ばん媒
体、８は入射光から変換された弾性波を表す。この実施
例においては、光起電力効果および圧電効果を通して変
換された弾性波は、伝ばん媒体７の中を伝ばんするから
、遅延素子として利用することが可能である。また、こ
のようにして生じた弾性波は、伝ばん媒体７の右端に圧
電変換子を設けて電気出力として取り出しても良いし、
あるいは伝ばん媒体７に光弾性効果の大きな材料を用い
てその伝ばん媒体７に別の光ビームを照射して、偏向さ
せることも可能である。
なお、第１図、第３図、第４図のいずれの実施例におい
ても半導体層２の図示の上面から光を照射する形で説明
したが、半導体層２の図示の下面、即ち圧電媒質１，１
ａの側から照射する構成も可能である。この場合、電極
４あるいは４ａば透明電極とすれば良い。
ても半導体層２の図示の上面から光を照射する形で説明
したが、半導体層２の図示の下面、即ち圧電媒質１，１
ａの側から照射する構成も可能である。この場合、電極
４あるいは４ａば透明電極とすれば良い。
また、圧電媒質１，１ａとしてＧａＡｓなどの圧電半導
体を用いれば半導体層２の構成は第２図に依らず、単層
の半導体層にて光起電力効果を与えることが可能なこと
は云うまでもない。
体を用いれば半導体層２の構成は第２図に依らず、単層
の半導体層にて光起電力効果を与えることが可能なこと
は云うまでもない。
本発明による光−弾性波変換素子は、バルク弾性波への
変換に限らず表面弾性波を発生させることも可能である
。第５図はその実施例を示す図で、１０は圧電媒質、２
０は半導体層、３０は透明電極、４０は電極、５０は各
電極を結ぶリード線、６０は入射光、８０は変換された
表面弾性波である。この実施例においては、光起電力効
果を有する半導体・透明電極層と電極層とが圧電媒質上
に交互に配置されており、その配列周期をＬとする。第
１図の実施例で説明した如く、入射光６０を照射するす
ることにより各半導体層２０の上下面には光起電力効果
により電位差が生じるが、半導体層の上面に付着した透
明電極３０は電極４０に接続されているから、圧電媒質
１０の表面付近には図中矢印を付した曲線で示すような
電界が印加されるから、圧電媒質表面に周期的な弾性歪
が現れる。即ち、第５図の構成は表面弾性波励振用の交
差指電極トランスジューサ（ＩＤＴ）と同一の効果をも
有することとなり、その両側に表面弾性波８０が送波さ
れる。ＩＤＴにおいては一般に電極周期りと圧電媒質の
表面弾性波伝ばん速度Ｖ、で決まる周波数ｆ ３−Ｖ
３ ／ Ｌに対して弾性波への変換効率が最大となる。
変換に限らず表面弾性波を発生させることも可能である
。第５図はその実施例を示す図で、１０は圧電媒質、２
０は半導体層、３０は透明電極、４０は電極、５０は各
電極を結ぶリード線、６０は入射光、８０は変換された
表面弾性波である。この実施例においては、光起電力効
果を有する半導体・透明電極層と電極層とが圧電媒質上
に交互に配置されており、その配列周期をＬとする。第
１図の実施例で説明した如く、入射光６０を照射するす
ることにより各半導体層２０の上下面には光起電力効果
により電位差が生じるが、半導体層の上面に付着した透
明電極３０は電極４０に接続されているから、圧電媒質
１０の表面付近には図中矢印を付した曲線で示すような
電界が印加されるから、圧電媒質表面に周期的な弾性歪
が現れる。即ち、第５図の構成は表面弾性波励振用の交
差指電極トランスジューサ（ＩＤＴ）と同一の効果をも
有することとなり、その両側に表面弾性波８０が送波さ
れる。ＩＤＴにおいては一般に電極周期りと圧電媒質の
表面弾性波伝ばん速度Ｖ、で決まる周波数ｆ ３−Ｖ
３ ／ Ｌに対して弾性波への変換効率が最大となる。
従って、第５図の構成においても、入射光６０が強度変
調を受けている場合、その変調周波数ｆ、が前記の周波
数ｆ、に一致しているとき、最も効率良く表面弾性波８
０に変換される。
調を受けている場合、その変調周波数ｆ、が前記の周波
数ｆ、に一致しているとき、最も効率良く表面弾性波８
０に変換される。
表面弾性波に変換する構造においても、第６図に示すよ
うに第５図に示す実施例の変換素子の左右いずれか片側
、あるいは両側に受波用のＩＤＴを設ければ、第３図の
実施例について説明したのと同様にしてフィルタ作用を
付与できることは勿論である。なお、第６図の実施例に
おいて、４０ａは電極であり、５１ａ、５２ａは出力端
子である。
うに第５図に示す実施例の変換素子の左右いずれか片側
、あるいは両側に受波用のＩＤＴを設ければ、第３図の
実施例について説明したのと同様にしてフィルタ作用を
付与できることは勿論である。なお、第６図の実施例に
おいて、４０ａは電極であり、５１ａ、５２ａは出力端
子である。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明による光−弾性変位変換器
は簡単な構成で光入力を弾性変位に変換できるから、光
によって制御可能なアクチュエータ素子あるいはスピー
カとして利用することができる。さらに、強度変調を受
けた入射光に対しては、その変調周波数におけるフィル
タ作用をし併せ持たせることも容易であるから、光通信
装置等の各種電子機器において信号処理用部品として利
用することが可能である。
は簡単な構成で光入力を弾性変位に変換できるから、光
によって制御可能なアクチュエータ素子あるいはスピー
カとして利用することができる。さらに、強度変調を受
けた入射光に対しては、その変調周波数におけるフィル
タ作用をし併せ持たせることも容易であるから、光通信
装置等の各種電子機器において信号処理用部品として利
用することが可能である。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図の実施例における光起電力素子部分の一構成例を示す
断面図、第３図１ａ） （ｂｌ （Ｃ１はフィルタ機能
をも兼ね備えた本発明の実施例を示す断面図及び波形側
図、第４図は遅延特性を兼ね備えた本発明の実施例を示
す断面図、第５図及び第６図は表面弾性波励振のための
本発明の実施例を示す断面図である。 Ｉｔ ｌａ、 １０・・・圧電媒体、 ２．２０・・・
半導体層、３．３０・・・透明電極、 ４．４ａ、 ４
０．４０ａ、 ４１゜４２・・・電極、 ５．５０・・
・リード線、５１、５２．５１ａ、 ５２ａ・・・出力
端子、 ６．６０・・・入射光、 ７・・・弾性波伝ば
ん媒体、 ８・・・弾性波、８０・・・表面弾性波、
２１・・・アモルファス９９１７９層、２２・・・アモ
ルファス９９１７１層、２３・・・アモルファスシリコ
ンｎ層。
図の実施例における光起電力素子部分の一構成例を示す
断面図、第３図１ａ） （ｂｌ （Ｃ１はフィルタ機能
をも兼ね備えた本発明の実施例を示す断面図及び波形側
図、第４図は遅延特性を兼ね備えた本発明の実施例を示
す断面図、第５図及び第６図は表面弾性波励振のための
本発明の実施例を示す断面図である。 Ｉｔ ｌａ、 １０・・・圧電媒体、 ２．２０・・・
半導体層、３．３０・・・透明電極、 ４．４ａ、 ４
０．４０ａ、 ４１゜４２・・・電極、 ５．５０・・
・リード線、５１、５２．５１ａ、 ５２ａ・・・出力
端子、 ６．６０・・・入射光、 ７・・・弾性波伝ば
ん媒体、 ８・・・弾性波、８０・・・表面弾性波、
２１・・・アモルファス９９１７９層、２２・・・アモ
ルファス９９１７１層、２３・・・アモルファスシリコ
ンｎ層。
Claims (5)
- （１）圧電性媒質上に、光起電力素子と、入射光により
前記光起電力素子の両面に生じた電位差を前記圧電性媒
質に印加せしめるための電極とを備えたことを特徴とす
る光・弾性変位変換器。 - （２）前記光起電力素子が半導体層からなることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の光−弾性変位変換器
。 - （３）前記圧電性媒質上に、該光起電力素子と該電極と
が複数個一定の間隔において交互に交差指状と配列され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
−弾性変位変換器。 - （４）圧電性媒質上に、光起電力素子と、入射光により
前記光起電力素子の両面に生じた電位差を前記圧電性媒
質に印加せしめるための電極とを有する光−弾性変位変
換手段を備えるとともに、前記圧電性媒質上に、前記光
−弾性変位変換手段により励振された弾性波と結合する
圧電共振子をさらに具備することを特徴とする光−弾性
変位変換器。 - （５）圧電性媒質上に、複数個の光起電力素子と、入射
光により前記光起電力素子の両面に生じた電位差を前記
圧電性媒質に印加せしめるための複数個の電極とが一定
の間隔をおいて交互に交差指状に配列される光−弾性変
位変換手段を具備し、前記圧電性媒質上にはさらに、前
記光−弾性変位変換手段により送波された表面弾性波を
受波するための表面弾性波トランスジューサを具備する
ことを特徴とする光−弾性変位変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11466286A JPS62272711A (ja) | 1986-05-21 | 1986-05-21 | 光−弾性変位変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11466286A JPS62272711A (ja) | 1986-05-21 | 1986-05-21 | 光−弾性変位変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62272711A true JPS62272711A (ja) | 1987-11-26 |
Family
ID=14643430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11466286A Pending JPS62272711A (ja) | 1986-05-21 | 1986-05-21 | 光−弾性変位変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62272711A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010056929A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 圧電部品 |
-
1986
- 1986-05-21 JP JP11466286A patent/JPS62272711A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010056929A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 圧電部品 |
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