JP2625926B2 - Acousto-optic element - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超音波による光の回折現象、すなわち音響光
学効果を利用した音響光学変調器の中で、特に赤外領域
で用いられる音響光学素子に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acousto-optic modulator using an ultrasonic diffraction effect of light, that is, an acousto-optic modulator using an acousto-optic effect, and particularly to an acousto-optic device used in an infrared region. It is.

従来の技術 近年、音響光学素子は、優れた温度安定性、駆動の容
易さ、低コストなどの特徴により、光記録，光計測など
様々な分野におけるレーザ光の外部変調器用などに用い
られている。2. Description of the Related Art In recent years, acousto-optic devices have been used for external modulators of laser light in various fields such as optical recording and optical measurement due to their features such as excellent temperature stability, ease of driving, and low cost. .

以下図面を参照しながら、従来の音響光学素子につい
て説明する。Hereinafter, a conventional acousto-optic device will be described with reference to the drawings.

従来、この種の音響光学素子は、第３図に示すような
構成であった。第３図において、１は音響光学媒体、２
はその媒体１に装着されたトランスジューサ、３は高周
波発振器である。そして、音響光学媒体１の光入射面1
a、光出射面1bはそれぞれトランスジューサ装着面1cに
対し、直角またはその近傍の角度で形成されている。こ
こで、高周波発振器３からの電気信号はトランスジュー
サ２により超音波信号に変換され、音響光学媒体１中を
進行するが、このとき、音響光学媒体１中に屈折率の疎
密による回折格子を生じる。この状態のとき、入射する
光Ｉは次の条件を満たすときに回折条件を満たし、回折
光Idを生じる。Conventionally, this type of acousto-optic device has a configuration as shown in FIG. In FIG. 3, 1 is an acousto-optic medium, 2
Is a transducer mounted on the medium 1, and 3 is a high-frequency oscillator. Then, the light incident surface 1 of the acousto-optic medium 1
a, the light emitting surface 1b is formed at a right angle or an angle near the transducer mounting surface 1c. Here, the electric signal from the high-frequency oscillator 3 is converted into an ultrasonic signal by the transducer 2 and travels through the acousto-optic medium 1. At this time, a diffraction grating is generated in the acousto-optic medium 1 due to the sparse and dense refractive index. In this state, when the incident light I satisfies the diffraction condition when the following condition is satisfied, a diffracted light Id is generated.

ここで、θ_１は音響光学媒体１内での超音波面に対す
る入射光の入射角、λ_０は音響光学媒体１を取り囲む媒
質での光波長、_１は超音波信号の周波数、n₁は光波長
λ_０に対する音響光学媒体１の屈折率、n₀は音響光学媒
体１を取り囲む媒質の屈折率、v₁は音響光学媒体１の超
音波伝搬速度である。 Here, θ ₁ is the incident angle of the incident light on the ultrasonic surface in the acousto-optic medium 1, λ ₀ is the light wavelength in the medium surrounding the acousto-optic medium 1, ₁ is the frequency of the ultrasonic signal, and n ₁ is the light The refractive index of the acousto-optic medium 1 with respect to the wavelength λ ₀ , n ₀ is the refractive index of the medium surrounding the acousto-optic medium 1, and v ₁ is the ultrasonic wave propagation velocity of the acousto-optic medium 1.

発明が解決しようとする課題 さて、光入射面1aにおける屈折はスネルの法則によ
り、 sinθ₀/sinθ_１＝n₁/n₀ ……（２） となる。ここで、θ_０は光入射面1aの法線に対する入射
光Ｉの入射角である。この場合、入射角θ_０が大きくな
ると、上記（２）式においてθ_０＝90゜，すなわちsin
θ_０＝１のとき、入射角θ_１は全反射の臨界角となり、
光は入射できないことになる。Problems to be Solved by the Invention The refraction at the light incident surface 1a is given by sin θ ₀ / sin θ ₁ = n ₁ / n ₀ according to Snell's law. Here, θ ₀ is the incident angle of the incident light I with respect to the normal to the light incident surface 1a. In this case, when the incident angle θ ₀ increases, θ ₀ = 90 ° in the above equation (2), that is, sin
When θ ₀ = 1, the incident angle θ ₁ becomes the critical angle of total reflection,
Light cannot be incident.

すなわち、 sinθ_１≧n₀/n₁ ……（３） となる場合、上記（１）式と（３）式より次の条件を満
たすとき、光が入射できないことになる。That is, when sin θ ₁ ≧ n ₀ / n ₁ (3), light cannot enter if the following conditions are satisfied from the above equations (1) and (3).

λ_{０ 1}/2v₁≧１ ……（４） 例えば、HCOOHレーザ（光波長λ_０＝432μｍ）をメチ
ルペンテンポリマー（TPX:超音波伝搬速度v₁＝２×10³m
/s）に入射させ、_１＝10MHzで回折させようとした場
合、 λ_{０ 1}/2v₁＝1.08＞１となり、上記（４）式を満たす
ことになり、光は回折条件を満たすように音響光学媒体
１内に入射できず、低周波領域でしか使用できないこと
になる。λ _{0 1} / 2v ₁ ≧ 1 (4) For example, an HCOOH laser (light wavelength λ ₀ = 432 μm) is irradiated with a methylpentene polymer (TPX: ultrasonic wave propagation velocity v ₁ = 2 × 10 ³ m)
/ s) and diffracted at ₁ = 10 MHz, λ _{0 1} / 2v ₁ = 1.08> 1, which satisfies the above formula (4), and the light is acoustically adjusted to satisfy the diffraction condition. The light cannot enter the optical medium 1 and can be used only in a low frequency region.

本発明はこのような課題を解決するもので、上記
（４）式を満たす場合にも使用でき、さらには、光入射
角の調整が容易に行える音響光学素子を提供することを
目的とするものである。The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide an acousto-optical element that can be used even when the above-mentioned formula (4) is satisfied, and that can easily adjust the light incident angle. It is.

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の音響光学素子は、
メチルペンテンポリマーを用いて形成した音響光学媒体
とこれに装着したトランスジューサーを備え、上記音響
光学媒体の超音波伝搬速度をV₁,屈折率をn₁,上記音響光
学媒体を取り囲む媒質での光波長及びその屈折をそれぞ
れλ₀,n₀とし、上記トランスジューサに印加する電気信
号の周波数をf₁とする時、上記音響光学媒体の光入出射
面とトランスジューサ装着面とのなす角θをθ＝90゜±
sin^-1（n₀/n₁・λ₀f₁/2v₁）の角度またはその近傍の角
度にしたものである。Means for Solving the Problems In order to achieve this object, an acousto-optical element of the present invention comprises:
An acousto-optic medium formed using a methylpentene polymer and a transducer attached to the acousto-optic medium, the ultrasonic propagation velocity of the acousto-optic medium is V ₁ , the refractive index is n ₁ , and the light in a medium surrounding the acousto-optic medium is wavelength and refract and lambda _0, n _0, respectively, when the frequency of the electrical signal applied to the transducer and f _1, the angle theta between the light incident and exit surfaces and the transducer mounting surface of the acoustooptic medium theta = 90 ゜ ±
It is an angle of sin ^-1 (n ₀ / n ₁ · λ ₀ f ₁ / 2v ₁ ) or an angle in the vicinity thereof.

作用 この構成により、従来使用不可能であった遠赤外領域
での使用可能な音響光学素子が提供できる。Operation With this configuration, it is possible to provide an acousto-optic element that can be used in the far-infrared region, which cannot be used conventionally.

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。なお、第３図の符号と同一符号のものは同一
部分を示す。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same parts.

第１図は本発明の一実施例による音響光学素子の構成
を示す原理図であり、第１図において、音響光学媒体１
の光入出射面1a,1bとトランスジューサ装着面1cとのな
す角θは、θ＝90゜＋sin^-1 の角度またはその近傍の角度を有している。FIG. 1 is a principle diagram showing a configuration of an acousto-optic device according to one embodiment of the present invention. In FIG.
The angle θ between the light entrance / exit surfaces 1a, 1b and the transducer mounting surface 1c is θ = 90 ° + sin ⁻¹ Or an angle in the vicinity thereof.

以上のように構成された音響光学素子について、以下
その動作を説明する。The operation of the acousto-optic device configured as described above will be described below.

まず、音響光学媒体１には、例えばメチルペンテンポ
リマーが使用される。この場合の超音波伝搬速度v₁は20
00m/s,光波長λ_０＝432μｍに対する屈折率n₁は1.46で
ある。この音響光学媒体１の一面であるトランスジュー
サ装着面1cに真空蒸着法などにより金属電極が形成され
た上に、ニオブ酸リチウム単結晶などの圧電素子からな
るトランスジューサ２が有機接着剤などにより接着して
装着される。この時、トランスジューサ２の厚さは、例
えば10MHzの周波数に共振し得る厚さにされている。ま
た、トランスジューサ２の背面にも同様に金属電極が形
成され、この電極と上記トランスジューサ装着面1c面上
の電極との間に高周波発振器３からの電気信号が印加さ
れる。この状態で印加された電気信号は超音波信号に変
換され、音響光学媒体１内を進行し、屈折率の疎密が上
記信号の周波数に応じて音響光学媒体１内に生じ、回折
格子となる。一方、光入射面1aからは、例えばHCOOHレ
ーザによる光派長λ_０＝432μｍの遠赤外光Ｉが、上記
光入射面1aにほぼ垂直に入射される。この時、音響光学
媒体１内を進行する光は、上記（１）式の回折条件を満
たして回折され、光出射面1bにほぼ垂直に発生した回折
光Idが光出射面1bより出射する。この例では、一般的な
空気中（n₀＝１）で用いると であり、従来の音響光学素子では使用不可能な条件であ
る。First, for the acousto-optic medium 1, for example, a methylpentene polymer is used. In this case, the ultrasonic wave propagation velocity v ₁ is 20
The refractive index n ₁ is 1.46 for 00 m / s and light wavelength λ ₀ = 432 μm. A metal electrode is formed on the transducer mounting surface 1c, which is one surface of the acousto-optic medium 1, by a vacuum deposition method or the like, and a transducer 2 made of a piezoelectric element such as lithium niobate single crystal is adhered by an organic adhesive or the like. Be attached. At this time, the thickness of the transducer 2 is set such that it can resonate at a frequency of, for example, 10 MHz. Similarly, a metal electrode is formed on the back surface of the transducer 2, and an electric signal from the high-frequency oscillator 3 is applied between the electrode and the electrode on the transducer mounting surface 1c. The electric signal applied in this state is converted into an ultrasonic signal and travels in the acousto-optic medium 1, and the refractive index varies in the acousto-optic medium 1 in accordance with the frequency of the signal, forming a diffraction grating. On the other hand, far-infrared light I having a light length of λ ₀ = 432 μm from, for example, an HCOOH laser is incident on the light incident surface 1a almost perpendicularly from the light incident surface 1a. At this time, the light traveling in the acousto-optic medium 1 is diffracted while satisfying the diffraction condition of the above equation (1), and the diffracted light Id generated almost perpendicularly to the light exit surface 1b exits from the light exit surface 1b. In this example, when used in general air (n ₀ = 1) This is a condition that cannot be used with the conventional acousto-optic element.

第２図は本発明の他の実施例による音響光学素子の構
成を示す原理図である。第２図の例は、第１図に対し、 となっている場合であり、第１図の例と同様に動作す
る。FIG. 2 is a principle view showing a configuration of an acousto-optic device according to another embodiment of the present invention. The example of FIG. 2 is different from FIG. , And operates in the same manner as in the example of FIG.

発明の効果 以上本発明によると、遠赤外領域でも使用可能な音響
光学素子を提供できるとともに、ほぼ入出射面に垂直に
光入出射ができ、極めて容易に光入射角の調整を行なう
ことができる。According to the present invention described above, an acousto-optic device that can be used in the far-infrared region can be provided, and light can be incident and emitted almost perpendicularly to the incident and exit surfaces, and the light incident angle can be adjusted extremely easily. it can.

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図はそれぞれ本発明の実施例による音
響光学素子の構成を示す原理図、第３図は従来の音響光
学素子の構成を示す原理図である。 １……音響光学媒体、1a……光入射面、1b……光出射
面、1c……トランスジューサ装着面、２……トランスジ
ューサ、３……高周波発振器、Ｉ……入射光、Id……回
折光。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 and 2 are principle diagrams showing the configuration of an acousto-optic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a principle diagram showing the configuration of a conventional acousto-optic device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Acousto-optic medium, 1a ... Light incidence surface, 1b ... Light emission surface, 1c ... Transducer mounting surface, 2 ... Transducer, 3 ... High frequency oscillator, I ... Incident light, Id ... Diffraction light .

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】メチルペンテンポリマーを用いて形成した
音響光学媒体とこれに装着したトランスジューサを備
え、上記音響光学媒体の超音波伝搬速度をV₁,屈折率をn
₁,上記音響光学媒体を取り囲む媒質での光波長及びその
屈折率をそれぞれλ₀,n₀とし、上記トランスジューサに
印加する電気信号の周波数をf₁とする時、上記音響光学
媒体の光入出射面とトランスジューサ装着面とのなす角
θをθ＝90゜±sin^-1（no/n₁・λ₀f₁/2v₁）の角度また
はその近傍の角度にしてなる音響光学素子。An acousto-optic medium formed using a methylpentene polymer and a transducer mounted on the acousto-optic medium, wherein the acousto-optic medium has an ultrasonic wave propagation velocity of V ₁ and a refractive index of n.
₁ , the light wavelength and the refractive index in the medium surrounding the acousto-optic medium are λ ₀ and n ₀ , respectively, and when the frequency of the electric signal applied to the transducer is f ₁ , the light input / output of the acousto-optic medium is An acousto-optic device in which the angle θ between the surface and the transducer mounting surface is an angle of θ = 90 ＝ ± sin ^-1 (no / n ₁ · λ ₀ f ₁ / 2v ₁ ) or an angle near the angle.