JP2605140B2

JP2605140B2 - 光学装置

Info

Publication number: JP2605140B2
Application number: JP1134766A
Authority: JP
Inventors: 研二内野; 和康疋田; 良明田中; 幹也尾野
Original assignee: 三菱マテリアル株式会社
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: GB2232779A; US5202790A; DE4017435A1; FR2647915B1; FR2647915A1; JPH031125A; GB2232779B; GB9012043D0

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光を用いて、電気的増幅装置等を介さず、
直接他の光を制御する光学装置に関する。更に、詳しく
は、小型化、軽量化、薄層化のできる光学装置に関す
る。

［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］従来の光制御装置は、例えば、'87年春季物理学会学
術講演会予稿集の27a−LJ−７（80頁）“全光制御電気
光学素子の試作“及び"Eff ect of Impurity Doping on
Photostriction in Ferroelectric Ceramic"by M.Tani
mura and K.Uchino、Sensors and Materials 1、46（19
88）に提案されるように、印加電圧によって物質の屈折
率が変化するという“電気光学効果”と、圧電性結晶に
光（例えば紫色光）を照射すると、バンドギャップをは
るかに超す起電力を生ずるバルク光起電力光とを組合わ
せて、光の照射によって起電力を通じて光シャッターを
駆動し、光（赤色光）を制御することができる外部の駆
動電気回路を持たない全光制御型素子がある。これは、
第１図に示すもので、スライドガラスを基板６とし、そ
の上に２個の受光セラミックス素子１と、１個のセラミ
ックス光シャッター２が配置されているものである。そ
の動作原理は、受光素子１に水銀ランプ３の光が当ると
起電力が発生し、その起電力によって光シャッター素子
２を駆動するというものである。

２つの駆動素子Ａ、Ｂは、互いに逆の起電電圧を生ず
るように、光シャッター素子に電気的に接続され、Ａ、
Ｂに交互に水銀ランプ光を照射すると、光シャッターを
透過するHe−Neレーザの赤色光は、第２図に示すよう
に、0.2Hzで変調され、S/N比は、約2dBである。その受
光素子３、４の材質は、PLZT（3/52/48）、光シャッタ
ー２の材質は、PLZT（9/65/35）である。また、光照射
による光起電力効果をWO₃添加のPLZTについて、調査し
た結果から、1.5原子％までは、無添加のものに比べ、
光起電力が増加している。

即ち、このような従来の光学装置は、圧電性結晶に光
を照射し、他の光素子を駆動される上記の装置では、バ
ンドギャップをはるかに超す起電力を生じるバルク光起
電力を通じて、光シャッターを駆動し、光を制御する電
気回路を持たない全光制御型素子である。

また、PLZT（9/65/35）組成セラミックスで製作した
三角プリズムを用いて、光を偏向できることが知られて
いる（Japan,J.Appl.Phys.Suppl.第24巻第３号,169〜17
1頁:1985年，参照）。

以上のような前者記載の全光制御型素子では、信号光
が２枚の偏光板を通過するため、受信した光のS/N比が
大きくとれないという問題があった。また、上記の後者
記載の光プリズムは、電気回路系で駆動されるため、光
偏向素子としては、小型化できないという問題点があっ
た。

本発明は、上記のような欠点を解消するため、光起電
力効果を有する誘電体基板上に受光素子を設け、同じ基
板上に、電気光学効果を有する透明な誘電体よりなる平
板プリズム形のプリズム素子を透過する光軸に平行な面
に一対の電極と、信号光の入射側に１つの偏光素子を設
けた光偏向素子を形成し、上記の受光素子と光偏向素子
が電気的に接続されたことにより、該受光素子に光を照
射した際に、発生する起電力電圧により、“電気光学効
果”を利用した光偏向素子を駆動し、光により光を制御
する装置を提供することを目的にする。また、本発明
は、光起電力効果を有する誘電体受光素子は自発分極の
方向を揃えられていることにより、高い光起電力が得ら
れることにより、効率よく、光を偏向できるS/N比が高
い光学装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明の要旨とするものは、“光起電力効果”を有す
る誘電体基板の表面上の所定部分の両端に表面電極を設
け、自発分極を付与し、該所定部分を、光で起電力が生
じる受光素子として、設け、同じ誘電体基板上に、透明
で“電気光学効果”を有する誘電体よりなる、プリズム
形で、プリズムの光軸に平行な一対の面に電極を設けた
プリズム素子を、それに入射する入射面が、前記受光素
子が形成された該基板表面に対して垂直に設け、それに
入射する信号光の入射側に１つの偏光素子を設けた光偏
向素子を形成し、該偏光素子の偏光方向が、前記基板の
表面に垂直であり、受光素子の起電力がかかる電極と前記光偏向素子の電界
付与のための電極とは、電気的に接続されており、入射
する信号光は、前記受光素子を照射する光により、生じ
る起電力が、前記プリズム素子の一対の電極にかかり、
その電圧に従って偏向され、即ち、光により偏向される
ことを特徴とする光学装置である。そして，その受光素
子は、該所定部分が２個であり、それらの自発分極方向
は、ループ状に直列（分極方向は互いに逆方向）或いは
並列（分極方向は同方向）に接続され、前記光偏向素子
に設けた各電極は、前記の２個の所定個所の受光素子に
より生じる電圧がかかる接続回路に接続されているもの
が好適である。また，光起電力効果を有する誘電体基板
及び前記受光素子は、圧電セラミックス体で、バルク光
起電力効果を有するランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛
であり、PLZT（3/52/48）、即ち、 Pb_0.97La_0.03（Zr_0.52Ti_0.48）_0.9925O₃の組成物の焼結
体或いは／及び、これにWO₃を、2.0原子％以下添加した
PLZT（3/52/48）組成物の焼結体からなり、前記の透明
な光偏向素子は、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛;P
LZT（9/65/35）即ち、Pb_0.91La_0.09（Zr_0.65Ti_0.35）
_0.9775O₃の組成物の焼結体からなるものが好適である。

本発明によると、光偏向素子を通過する信号光が、基
板上に設けたプリズム素子により屈折偏向され、受光素
子を駆動する駆動光が該信号光と異なる方向から入射す
るように配置された光学装置である。そして、プリズム
素子即ち光偏向素子を通過する信号光は、装置基板面と
平行であり、且つ受光素子の受光面は、装置基板面と平
行にできる。更に、駆動光のための受光素子は、２個の
受光素子からなり、基板内に形成され得る。

これら受光素子では、その自発分極の方向が、逆平行
で、直列でループ状に接続され得、その接続される電極
からの回路は、該光偏向素子の各々の電極に接続され得
る。

或いは、その受光素子が２個の受光素子からなり、そ
れらの自発分極方向が、平行で、並列でループ状に接続
され得、その接続される電極からの回路は、該光偏向素
子の各々の電極に接続され得る。

このような構成の光学装置においては、光起電力効果
を有する受光素子を駆動源とし、そして、２次光学効果
の大きなPLZTを光偏向素子として、プリズム形のプリズ
ム素子に形成し、受光素子から起電力電圧を、その光偏
向プリズム素子の電極にかけ、且つ駆動光の方向と信号
光の方向が重ならないようにこれらの素子を配置して、
組合わせ構成することにより、駆動光により、光偏向素
子での偏向を制御できる光学装置が出来上がる。即ち、
本発明の光学装置では、次のような機能を有するもので
ある。

（１）何らかの増幅回路を用いることなく、駆動光の入
力により、他の信号光の偏向角度を直接コントロールす
ることができる。

（２）小型化、薄層化を容易にすることができる。

（３）回路基板、受光素子、光偏向素子等を一体化でき
るので、配線の工程を簡略化でき、また、信頼性の高い
光学装置を、より安価に製造することができる等の効果
が期待できる。

本発明は、光により光を制御する光学装置において、
電気的回路を形成した基板の上に、２個の“光起電力効
果”を有する受光素子を、互いの自発分極の方向が、直
列或いは並列になるように、構成でき、分極処理後に、
その電極回路パターンをハンダ等で接続して、駆動電圧
を該光偏向素子の電極に供給するものとする。そして、
その電気光学効果を有する光偏向素子は、その信号光の
透過方向が、基板の面に平行になるように、配置し、信
号光に平行になるよう光偏向プリズム素子の１対の表面
に各々設けられた１対の電極が、受光素子の各電極に配
線接続されるようにしたものである。

そして、受光素子の材料自体で装置基板を形成する製
造にでき、光学装置の構成を簡単化できるものである。

また、受光素子の材料として、従来から用いられてい
るPLZTの他、バルク光起電力効果が大きくなるようにWO
₃を2.0原子％まで添加したPLZT（3/52/48）を用いるこ
とができる。

次に、添付図面により本発明を更に説明する。

第３図は、本発明の装置の一例を示す斜視図である。
即ち、６は平面基板であり、７は基板上に形成された電
気回路で、２個のバルク光起電力効果を有する受光素子
Ａ、Ｂ、即ち各々８と９は、自発分極の向きが直列にな
るように（即ち反平行な配置に）配列され、各々の電極
は、基板上の回路７に接続され、回路７は、裏面の回路
24を介して、プリズム素子25の上下表面に形成された電
極10、11に図示のように接続されている。信号光16は、
基板に平行に図示のように入射し、プリズム素子25に入
り、その屈折率に従って角度ψで屈折偏向する。一方、
水銀ランプ等を光源13とする駆動光13が、自発分極され
た基板部分の受光素子Ａ、Ｂを照射すると、その電極2
1、22の間に光起電力が生じる。この光起電力が、プリ
ズム素子25の電極10、11にかけられ、プリズムの屈折率
を変化させ、偏向角ψを変える。

次に、第４図の模式図に示される例の本発明の光学装
置について、説明する。

本発明の光学装置は、レーザ光源等の光源15からの信
号光16は、基板６の面に平行に進行するように、配置さ
れ、受光素子Ａ、Ｂのための各々の電極21、22は、信号
光16に垂直方向に、電界を印加するように、プリズム素
子24の電極にかける。即ち、電極10及び11、透明な誘電
体（プリズム素子）25の両側面に形成され、各々の端子
は、受光素子８、９の各々の端子を結合する回路７に接
続されている。

次に、第４図に示す光学装置について、その動作特性
を測定し、確認するための測定方法を示す。15は、信号
光16を発生するHe−Neレーザ光を示し、17は、光検知素
子或いはセンサであり、18は、検知のための測定装置及
び記録装置であり、検知された光強度等の測定データを
記録するものである。13は、水銀ランプで、14の駆動光
を発生する。また、駆動光14は、受光素子８、９のどち
らか一方或いはその両方に照射できるものである。

［作用］本発明の光学装置の動作原理を第４図の本発明の光学
装置の模式図により説明する。

電界が印加される前の光偏向素子に信号光が入射して
も、誘電体は光学的に等方性にあるため、材料固有の屈
折率に従って光偏向素子25を透過し、屈折した光が出射
される。

まずはじめに、第４図の受光素子８に、例えば、水銀
ランプ13により、駆動光14を照射すると、光起電力効果
が付与されている受光素子８に、バルク光起電力効果に
より発生した電圧＋Ｖ（換言すると、該起電力効果によ
り電極21と22の間に生じる電荷（Ｑ）のために、受光素
子８に電圧＋Ｖが発生する）が、そして、起電力効果に
より発生する電荷（Ｑ）は時間経過とともに増え、電圧
＋Ｖは増加する。そのため、主に受光素子８と９の電極
21と22の間及び光偏向素子（プリズム素子）25の電極10
と11の間の電圧は増加される。

即ち、光偏向素子（プリズム素子）25の電極10と11の
間には、この発生した電荷（Ｑ）と上記の受光素子８と
９（の電極21、22の間）及び光偏向素子25（の電極10と
11の間）の静電容量（Ｃ）により決まる電圧＋Ｖ（＝Q/
C;Cは静電容量）が印加される。従って、この電圧は、
駆動光の照射が進むにつれて、照射時間の経過とともに
増加する。

一方、入射側の偏光素子12で直線偏光を受けた信号光
16は、その電極間に電圧を印加された光偏向素子（プリ
ズム素子）25を通過するが、このとき、電気光学効果の
ため、光偏向素子の屈折率は、変化しており、屈折率が
変化した分だけ、信号光の出射方向が変化して、光路を
切り替えることができ、例えば、Δψだけ変化し、光路
を切り替えることができる。

このとき、光起電力効果により生じた電荷により発生
した電圧が光偏向素子25の電極10と11の間に印加され、
電気光学効果で、屈折率ｎが変化する変化分Δｎは、次
式で表わされる。

Δｎ＝−（1/2）n₀ ³R₃₃E² （但し、n₀は電界を印加しないときの屈折率であり、
R₃₃は２次電気光学係数であり、Ｅは前記の電荷Ｑに依
り印加された電圧を光偏向素子25の電極10と11との間隔
で除して得られる電界である）即ち、信号光16は、プリズム素子25の入射面に設けた
偏光板12で直線偏光を受け、電極10と11の間に電圧が印
加され、屈折率が変化したプリズム素子25を通過する
と、屈折率が変化した分だけ、その出射方向がΔψだけ
変化し、光路が切り替えられることになる。

次に、水銀ランプ光の光路を切り替えて、もう一つの
受光素子Ｂ（９）に照射すると、はじめの受光素子Ａ
（８）と自発分極の向きが、電極10、11に対して反対な
ので、光偏向素子（プリズム素子）25に対しては、はじ
めに印加した場合とは逆向きの起電力が発生することと
なる。即ち、逆の電圧−Ｖが発生し、即ち、光偏向素子
（プリズム素子）25の電極10、11には受光素子Ａを照射
した場合とは反対の符号の電荷が流れ込むこととなり、
反対の光学的状態が誘導されることとなる。即ち、受光
素子Ａ（８）に駆動光14を照射し続けた後、駆動光を切
り替えて、もう一つの受光素子Ｂ（９）に照射すると、
光偏向素子（プリズム素子）25においては、逆方向の電
荷の発生に伴い、受光素子Ａ（８）により蓄積された電
荷が相殺され始めることとなり、それまで受光素子Ａ
（８）により印加された電圧が次第に減殺されて、印加
電圧が低下していく。つまり、それまでのΔψが減少す
る方向に光偏向素子の光学的状態が誘導されることとな
る。このように、駆動光の光路を照射する受光素子８或
いは９に切り替えることにより、他の信号光の光路を偏
向させることができる。つまり、最初の受光素子Ａ
（８）で作られた電荷が、光偏向素子（プリズム素子）
25の電極間に印加されて生じた光学的状態が、照射する
受光素子ＡからＢに切り替えることにより、それまでと
は反対方向の光学的状態へ誘導されることとなる。

以上のように、電気的な駆動回路を使用することな
く、光によって、他の光、即ち信号光を制御することが
できる。即ち、駆動光14の光路を、照射する（或いはさ
れる）受光素子ＡからＢに切り替えることにより、信号
光16の光路を変えることができる。

例えば、駆動光14が照射されない状態で、信号光16の
出射光が、最も強い強度を示す角度位置に光検知センサ
17を固定し、次に、受光素子Ａに駆動光を照射すると、
信号光の屈折による偏向により、受光強度が減少する。

第４図に示すように、信号光16は、はじめは、検知装
置17に入射し、検知されていて、オン状態である。即
ち、はじめ、受光素子Ａが駆動光14で照射されていない
場合では、信号光16は、角度ψ₀だけ偏向しているた
め、検知装置17に入射し、検知されてオン状態である
が、受光阻止Ａを駆動光14で照射すると、信号光が角度
Δψ（＝ψ₀−ψ₁）だけ偏向して角度ψ₁になることに
より、検知装置17に入射しなくなり、受光強度が減少し
てオフ状態になる。実施例の第５図に示すように、駆動
光の照射時間を長くして数分とすると、偏向角変位Δψ
が大きくなり、光偏向装置としての動作が確認される。

このように、電気的な駆動回路を使用することなく、
光（駆動光）により、光（信号光）を制御することがで
きる。

駆動光を照射する前の状態と、照射した後に、各々、
オン−オフ、或いはオフ−オンの状態に対応させれば、
光により駆動する光スイッチとして作用させることがで
きる。尚、受光素子Ａ、Ｂを並列に接続し、両方を同時
に駆動光で照射すると、無照射の状態から照射状態に、
Ａ、Ｂどちらか一方だけを照射する場合より早いスイッ
チの動作を行なわしめることが可能になり、即ち、動作
感度を上げることができる。

また、本発明の光学装置では、例えば、偏向素子の薄
膜化により、赤色光の導波路を形成し、応答の向上を図
ることができる。

また、光源から光を光ファイバーで導入することによ
り、駆動光の強度を向上させることにより、偏向処理の
高速化が図られるものである。

このように、本発明の光学装置では、光起電力効果を
有する誘電体基板上に設けた受光素子を、駆動源とし
て、２次元光学効果の大きなPLZTセラミックスを用いた
光偏向素子を、誘電体基板上に、駆動光の方向と信号光
の方向が、重ならないように、組合わせ、配置すること
により、次のような性能向上が達せられる。

なんらかの増幅回路を用いることなく、紫外線光の駆
動光の入力により他の赤色光の進行方向を直接偏向させ
制御できる光偏向素子が提供できた。

信号光が偏光素子を１個通過するだけなので、偏光素
子を２個通過させる光シャッタに比べ、信号のS/N比が
大きくとれる。

受光素子をバルク起電力を有する回路基板上に設ける
ことにより、小型化、軽量化、薄型化を容易にすること
ができた。

信号光が誘電体基板と平行に入射するため、基板は不
透明でも使用できる。

最も好適な材質の基板が選択でき、基板上に制御回路
を形成できるため、配線の工程を簡略化でき、また、信
頼性の高い光偏向装置を、より安価に製造することがで
きる。

更に、受光素子に、酸化タングステンを添加したPLZT
を用いることにより、より大きなバルク光起電力効果を
得ることが可能となった。

更に、光偏向素子（即ち光導波路）が基板と同じ組成
のランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛PLZT（9/65/35）
であるため、一体成形一体焼成など、製造工程の合理化
と、それによるコストパフォーマンスの向上に効果が、
期待できる。

このような装置は、光による光センシング、光演算装
置の基礎回路などに応用することができ、また有効であ
る。更に、光偏向素子をスパッタリング、CVD法などを
用いて、薄膜化することにより、赤色光の導波路を形成
し、応答性の向上を図ることができる。また、光源から
光を、光ファイバーで導入することにより、駆動光の強
度を向上させることにより、光偏向処理の高速化が図か
れるものである。

次に、本発明の光学装置について、次の実施例によ
り、説明するが、本発明は、次の実施例に限定されるも
のではない。

［実施例１］ 2.5×2.5cmの面寸法の、３原子％のLaでPb位（サイ
ト）を置換し、ZrとTiの比率が52:48であるランタン添
加チタン酸ジルコン酸鉛、即ち、 Pb_0.97La_0.03（Zr_0.52Ti_0.48）_0.9925O₃［PLZT（3/52/4
8）と称する］を基板とし、回路パターン７を、銀−パ
ラジウムペーストを印刷塗布焼き付けて、を形成した。
ここで、受光素子８、９となる部分には、電極間隔16m
m、電極寸法５×1mmの電極を２対形成した。

また、９原子％のLaでPbサイトを置換し、ZrとTiの比
率が65:35であるチタン酸ジルコン酸鉛、即ち、 Pb_0.91La_0.09（Zr_0.56Ti_0.35）_0.9775O₃［PLZT（9/65/3
5）と称する］の組成の、透明な三角形セラミックス平
板の上下両面に、銀パラジウム電極10、11を焼き付け、
三角形プリズム素子とした。この三角形プリズム素子
は、各々３辺の寸法が、４×6.9×8mm、厚さ0.7mmで、
１つの頂角αは30°の直角三角形である。

信号光16は、この三角形の斜辺から斜辺の法線に対し
てθの角度で入射する。プリズム素子は、PLZT（3/52/4
8）基板６の上に、第４図に示すように、設置し、接着
剤で接合したものである。

本実施例では、入射角度θは、０、15、30、45、60、
70、85°を選択して、実験を行なったが、臨界角以上の
85°では、信号光16が、表面で反射され、本発明の作用
は確認できなかった。信号光16の入射面及び出射面は、
信号光16の反射、散乱が起こり難いように、基板６に垂
直に加工し、鏡面研磨した。

基板６の上に更に偏光素子12として、樹脂偏光板（ポ
ラロイド（登録商標）社製）を用い、その偏光素子12の
面が、基板６表面に、且つ信号光に垂直になるように接
着剤で基板６上に接着した。その接着剤は、信号光の光
路にかからないように、塗布、硬化させた。

次に、受光素子（部分）８、９は、誘電体基板６の上
に形成された電極21、22に分極方向が互いに反平行にな
るように、3KV/mmの直流電界を印加して、分極処理を施
し、基板６上に受光素子８、９を形成した。

その分極処理後に、受光素子８、９の自発分極方向
が、直列になるように、第４図の24の部分で、導線をハ
ンダ付けする等して、電気回路７を形成し、光偏向素子
25の電極10、11と回路７との接続は、ハンダ或いは室温
硬化の銀ペースト等を用いて、形成させた。

得られた第４図の光偏向光学装置の動的な制御特性
を、第４図に示す配置で測定した。測定用信号光として
は、赤色光16を発生するHe−Neレーザ15を用いた。

偏光素子12及びプリズム光偏向素子25を通過した赤色
信号光16は、入射に対して、角度ψで屈折して出射し
た。プリズム偏向素子25に電界が印加していない場合の
屈折光の角度を、ψ₀、電界が印加され、偏向が生じた
ときの偏向角ψ₁とし、そのときの角度の差を、偏向角
Δψとする。

光27は、スリット19を通って、出射面から距離Ｌで、
基板６と水平な面内に置かれた光検知装置17で検知さ
れ、その強度等が測定装置18で測定、記録され、光強度
と、光強度が最大になる位置が測定され、偏向角ψ₁と
ψ₀との差から、偏向角Δψを求めた。

PLZT（3/52/48）セラミックスの受光素子ＡとＢ、即
ち、第４図の８、９に水銀ランプを照射しながら光学装
置の応答特性を測定した。

駆動光14を受光素子Ａ（８）に照射すると、最大の光
強度が得られる検知器の位置が、基板６の平面内で、移
動し、光の偏向が観察された。樹脂製偏光板12の偏向方
向が、基板６と垂直であり、電界の方向と平行であり、
入射角θが60°のとき、最も大きな偏向角ψの変化Δψ
が得られ、３分間の光照射で、0.6゜の偏向角変化Δψ
が得られた。

このときの照射時間と偏向角変位の大きさ（Δψ）の
関係を示すグラフを第５図に示す。

光照射につれて、偏向角変位Δψが大きくなり、偏向
装置としての動作が確認された。水銀ランプ光を、受光
素子Ｂ（９）に切り替えると、偏向角度Δψが減少し
た。

駆動光なしの状態（照射されない）で、信号光の出射
光が、最も強い強度を示すψ₁の位置にセンサ17を固定
し、次に、受光素子Ａに駆動光を照射すると、信号光の
屈折による偏向に伴い、受光強度が減少した。

駆動光14を照射する前の状態と、照射した後に、各
々、オン−オフ、或いはオフ−オンの状態に対応させれ
ば、光により駆動する光スイッチとして作用させること
ができる。尚、受光素子Ａ、Ｂを並列に接続し、両方を
同時に駆動光で照射すると、無照射の状態から照射状態
に、より早いスイッチの動作を行なわしめることが可能
になり、即ち、動作感度を上げることができる。

また、光源13から光を光ファイバーで導入することに
より、駆動光14の強度を向上させることにより、偏向処
理の高速化が図られるものである。

［発明の効果］このように、本発明の光学装置では、光起電力効果を
有する誘電体基板上に設けた受光素子を、駆動源とし
て、２次光学効果の大きなPLZTセラミックスを用いたプ
リズム形の光偏向素子を、誘電体基板上に、駆動光の方
向と信号光の方向が、重ならないように、組合わせた構
造により、次のような効果が達せられる。

（１）信号光が、基板に平行にした構造にしたため、ノ
イズレベルが低下したこと、また、信号光が誘電体基板
と平行に入射するため、基板は不透明でも使用できる。

（２）回路が、電気抵抗の小さい銀−パラジウム等の導
電性パターンで基板上に形成され、またムダな長さの配
線が省略できたため、回路の抵抗による光起電力の損失
が低下したこと、（３）駆動光が信号光に垂直な方向から入射する構造と
したので、駆動光が信号光に混信することが極めて少な
いこと。

（４）何らかの増幅回路を用いることなく、駆動光の入
力により、他の信号光の偏向出力を直接コントロールす
ることができる。即ち、なんらかの増幅回路を用いるこ
となく、紫外線光等の駆動光の入力により、他の赤色光
の進行方向を直接偏向させ制御できる光偏向素子装置が
提供できた。

（５）小型化、薄層化を容易にすることができる。即
ち、受光素子をバルク起電力を有する回路基板上に設け
ることにより、小型化、軽量化、薄型化を容易にするこ
とができた。

（６）基板材料に、直接“光起電力効果”を有するセラ
ミックス材料を用いて形成したものであり、受光素子、
光偏向素子等を容易に一体化できる構造の光−光の制御
の光学装置が提供された。

（７）基板上に直接に回路を形成した構造であるので、
配線の工程を簡略化でき、また、信頼性の高い光学装置
を、より安価に製造することができる等の効果が期待で
きる。即ち、最も好適な材質の基板が選択でき、基板上
に制御回路を形成できるため、配線の工程を簡略化で
き、また、信頼性の高い光偏向装置を、より安価に製造
することができる。

（８）更に、信号光が偏光素子を１個通過するだけなの
で、偏光素子を２個通過させる光シャッタに比べ、信号
のS/N比が大きくとれる。

（９）更に、受光素子に、酸化タングステンを添加した
PLZTを用いることにより、より大きなバルク光起電力効
果を得ることが可能となった。更に、光偏向素子及び光
導波路が基板と同じ組成のランタン添加チタン酸ジルコ
ン酸鉛PLZT（9/65/35）であるため、一体成形一体焼成
など、製造工程の合理化と、それによるコストパフォー
マンスの向上に効果が、期待できる。

また、このような光学装置は、光による光センシン
グ、光演算装置の基礎回路などに応用することができ、
また有効である。また、光源から光を、光ファイバーで
導入することにより、駆動光の強度を向上させることに
より、偏向処理の高速化が図かれるものである。

更に、本発明の光学装置は、（１）光による光の制御ができること、（２）光演算装置の基礎ユニット等に応用することがで
き、また、それに有効である装置を提供することができ
たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光制御装置の構造を模式的に示す斜視
図である。第２図は、従来の全光制御型電気光学素子で得られた動
作特性を示す、レーザー出力変化と経過時間でブロット
したグラフである。第３図は、本発明による光学装置の構成の１例を示す斜
視図である。第４図は、本発明による他の例の光学装置の構成を示す
模式断面図である。第５図は、本発明の光学装置による測定光応答特性を示
すグラフである。［主要部分の符号の説明］６……基板（PLZT）７……回路パターン８、９……受光素子 10、11……プリズム素子の１対の電極 12……偏光素子 14……駆動光 16……信号光 25……プリズム素子（光偏向素子）

フロントページの続き (72)発明者田中良明埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱鉱業セメント株式会社セラミックス研究所内 (72)発明者尾野幹也埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱鉱業セメント株式会社セラミックス研究所内 (56)参考文献特開昭61−231528（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−92231（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】“光起電力効果”を有する誘電体基板の表
面上の所定部分の両端に表面電極を設け、電界をかけ、
自発分極を付与し、該所定部分を、光で起電力が生じる
受光素子として、設け、同じ誘電体基板上に、透明で、“電気光学効果”を有す
る誘電体よりなる、プリズム形で、プリズムの光軸に平
行な一対の面に電極を設けたプリズム素子を、それに入
射する入射面が、前記受光素子が形成された該基板表面
に対して垂直に設け、それに入射する信号光の入射側に
１つの偏光素子を設けた光偏向素子を形成し、該偏光素
子の偏光方向が、前記基板の表面に垂直であり、前記の受光素子の起電力がかかる電極と前記光偏向素子
の電界付与のための電極とは、電気的に接続されてお
り、入射する信号光は、前記受光素子を照射する光によ
り、生じる起電力が、前記プリズム素子の一対の電極に
かかり、その電圧に従って偏向され、即ち、光により偏
向されることを特徴とする光学装置。
【請求項２】前記の受光素子は、該所定部分が２個であ
り、それらの自発分極方向は、ループ状に直列（分極方
向は互いに逆方向）或いは並列（分極方向は同方向）に
接続され、前記光偏向素子に設けた各電極は、前記の２
個の所定個所の受光素子により生じる電圧がかかる接続
回路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載
の光学装置。
【請求項３】前記の光起電力効果を有する誘電体基板及
び前記受光素子は、圧電セラミックス体で、バルク光起
電力効果を有するランタン添加チタン算ジルコン酸鉛で
あり、PLZT（3/52/48）、即ち、 Pb_0.97La_0.03（Zr_0.52Ti_0.48）_0.9925O₃の組成物の焼結
体或いは／及び、これにWO₃を、2.0原子％以下添加した
PLZT（3/52/48）組成物の焼結体からなり、前記の透明
な光偏向素子は、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛;P
LZT（9/65/35）即ち、Pb_0.91La_0.09（Zr_0.65Ti_0.35）
_0.9775O₃の組成物の焼結体からなる請求項１に記載の光
学装置。