JP2640069B2 - 音響光学変調素子 - Google Patents
音響光学変調素子Info
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- JP2640069B2 JP2640069B2 JP5784293A JP5784293A JP2640069B2 JP 2640069 B2 JP2640069 B2 JP 2640069B2 JP 5784293 A JP5784293 A JP 5784293A JP 5784293 A JP5784293 A JP 5784293A JP 2640069 B2 JP2640069 B2 JP 2640069B2
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- Japan
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- acousto
- optic
- piezoelectric vibrator
- light
- diffraction
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光偏向、光スイッチン
グ、光周波数シフター等に使用される音響光学変調素子
に関するものである。
グ、光周波数シフター等に使用される音響光学変調素子
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光エレクトロニクスの発展にともない、
その実用化が急ピッチに進められているが、その中で光
を電気的に制御して信号とする手段の一つに音響光学変
調器がある。
その実用化が急ピッチに進められているが、その中で光
を電気的に制御して信号とする手段の一つに音響光学変
調器がある。
【０００３】音響光学変調器は図５に示すように音響光
学媒体１と圧電振動子２を接合し、圧電振動子２上に電
極３を真空蒸着等により形成して成る音響光学変調素子
１５とその共振回路（図示していない）から構成され、
高周波電圧を該音響光学変調素子１５に印加することに
より音響光学媒体１中の屈折率が周期的に変化する光弾
性効果を利用している。この効果を利用することにより
例えば、光の進路変化、周波数変調により光の方向の制
御、光の周波数変調（回折された光は超音波進行波によ
って一種のドップラー効果を受けその周波数が超音波の
周波数だけシフトすることを利用）が可能となる。そこ
でこれらの光変調効果は、ガスレーザを用いたレーザプ
リンタ、レーザスキャナ、レーザファクシミリに広く用
いられており、近年の電子計算機の高速化に伴う高速
化、低ノイズ化及び高速スイッチング化に重要な役割を
果たしている。
学媒体１と圧電振動子２を接合し、圧電振動子２上に電
極３を真空蒸着等により形成して成る音響光学変調素子
１５とその共振回路（図示していない）から構成され、
高周波電圧を該音響光学変調素子１５に印加することに
より音響光学媒体１中の屈折率が周期的に変化する光弾
性効果を利用している。この効果を利用することにより
例えば、光の進路変化、周波数変調により光の方向の制
御、光の周波数変調（回折された光は超音波進行波によ
って一種のドップラー効果を受けその周波数が超音波の
周波数だけシフトすることを利用）が可能となる。そこ
でこれらの光変調効果は、ガスレーザを用いたレーザプ
リンタ、レーザスキャナ、レーザファクシミリに広く用
いられており、近年の電子計算機の高速化に伴う高速
化、低ノイズ化及び高速スイッチング化に重要な役割を
果たしている。
【０００４】ところで、前記光変調効果には、超音波の
波長と入射光のビーム径の関係により、光の屈折と回折
の二つの現象が存在する。超音波の波長がビーム径と比
較して十分に長い場合（低周波の超音波）には、光は緩
やかに屈折率が変化する音響光学媒体中を通過すること
になり、屈折現象が生ずる。一方、波長がビーム径と比
較して十分に短い場合（高周波の超音波）には、音響光
学媒体中の周期的屈折率変化が回折格子の働きをして光
が回折される。一般に、音響光学素子では後者の回折現
象が利用されている。
波長と入射光のビーム径の関係により、光の屈折と回折
の二つの現象が存在する。超音波の波長がビーム径と比
較して十分に長い場合（低周波の超音波）には、光は緩
やかに屈折率が変化する音響光学媒体中を通過すること
になり、屈折現象が生ずる。一方、波長がビーム径と比
較して十分に短い場合（高周波の超音波）には、音響光
学媒体中の周期的屈折率変化が回折格子の働きをして光
が回折される。一般に、音響光学素子では後者の回折現
象が利用されている。
【０００５】音響光学変調素子による回折現象には複数
の回折光が現れるラマン−ナス回折、一次回折光のみが
現れるブラッグ回折、及びその中間領域での回折に分け
られ、高い回折効率が得られるブラッグ回折が最も広く
使われる。
の回折光が現れるラマン−ナス回折、一次回折光のみが
現れるブラッグ回折、及びその中間領域での回折に分け
られ、高い回折効率が得られるブラッグ回折が最も広く
使われる。
【０００６】ブラッグ回折は（式１）で与えられる角度
θ（ブラッグ回折角）で入射した光を、波面と同じ角度
をなす方向にのみ回折し、回折角を２θだけ偏向するこ
とが出来る。この原理を図３に示している。
θ（ブラッグ回折角）で入射した光を、波面と同じ角度
をなす方向にのみ回折し、回折角を２θだけ偏向するこ
とが出来る。この原理を図３に示している。
【０００７】 （式１） θ＝ｓｉｎ-1（λｆa／２ｖ）
【０００８】θ：ブラッグ回折角（ｄｅｇ）、λ：光の
波長（ｍ）、ｖ：音響光学結晶中の超音波の音速（ｍ／
ｓ）、ｆa：超音波の周波数（Ｈｚ）
波長（ｍ）、ｖ：音響光学結晶中の超音波の音速（ｍ／
ｓ）、ｆa：超音波の周波数（Ｈｚ）
【０００９】つまり、一次回折光８は高周波電源１１を
オンした時に発生し、オフ状態では回折しない（非回折
光７）。従って、スリットやピンホール等で一次回折光
８のみを取り出せば、極めて消光比の高いレーザビーム
のスイッチングが出来る。ここで消光比の高低は、回折
効率の高低として表されるため消光比の高いレーザビー
ムスイッチング実現のためには回折効率が６０％以上に
あることが望まれている。
オンした時に発生し、オフ状態では回折しない（非回折
光７）。従って、スリットやピンホール等で一次回折光
８のみを取り出せば、極めて消光比の高いレーザビーム
のスイッチングが出来る。ここで消光比の高低は、回折
効率の高低として表されるため消光比の高いレーザビー
ムスイッチング実現のためには回折効率が６０％以上に
あることが望まれている。
【００１０】一般に入力パワーを高くすることにより回
折効率もそれに伴い上昇する。しかしながら、入力パワ
ーを増加させると圧電振動子からの発熱により音響光学
媒体中に屈折率の不均一を生じ、光ビームの回折角
（θ）や強度の揺らぎが生じていた。このため従来は、
アルミなどの熱伝導性の良い金属ブロックを音響光学変
調素子に接着し、放熱効果を上げることにより音響光学
媒体中の屈折率の不均一性の発生を防止していたが、必
ずしも充分ではなかった。
折効率もそれに伴い上昇する。しかしながら、入力パワ
ーを増加させると圧電振動子からの発熱により音響光学
媒体中に屈折率の不均一を生じ、光ビームの回折角
（θ）や強度の揺らぎが生じていた。このため従来は、
アルミなどの熱伝導性の良い金属ブロックを音響光学変
調素子に接着し、放熱効果を上げることにより音響光学
媒体中の屈折率の不均一性の発生を防止していたが、必
ずしも充分ではなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、所望
の音響光学媒体サイズ、入力パワーで高い回折効率を得
る電極配置をとり、圧電振動子からの発熱による音響光
学媒体の屈折率の不均一さを低減し、光ビームの回折角
や強度の揺らぎの無い音響光学変調素子を提供すること
にある。
の音響光学媒体サイズ、入力パワーで高い回折効率を得
る電極配置をとり、圧電振動子からの発熱による音響光
学媒体の屈折率の不均一さを低減し、光ビームの回折角
や強度の揺らぎの無い音響光学変調素子を提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を、
圧電振動子上に形成する電極を該圧電振動子の対角線上
に形成することによって解決した。
圧電振動子上に形成する電極を該圧電振動子の対角線上
に形成することによって解決した。
【００１３】
【作用】回折効率は、一般に音響光学媒体の性能指数、
電極長、電極幅、入力パワーによって決定されることが
一般的に知られている。しかしながら、音響光学媒体の
性能指数は材料によって決定され、電極長、電極幅につ
いてもビーム径、音響光学媒体サイズによって制限され
る。又入力パワーを上げれば、回折効率は上がるが、発
熱により光学的屈折率の不均一性が生じてしまう。これ
らの事実を踏まえて、本発明者は圧電振動子上に形成さ
れる電極を該圧電振動子の対角線上に形成することによ
り、従来の圧電振動子の長手方向と平行に形成した電極
よりも長くとることが可能となり、同じ音響光学媒体サ
イズ、入力パワーに於いても高い回折効率が得られるこ
とを見いだした。これにより、入力パワーを下げても、
従来と同等の回折効率が得られ、圧電振動子からの発熱
を抑えることが可能で、発熱による音響光学媒体中の屈
折率の不均一さを低減し、光ビームの回折角や強度の揺
らぎを抑えることが出来る。
電極長、電極幅、入力パワーによって決定されることが
一般的に知られている。しかしながら、音響光学媒体の
性能指数は材料によって決定され、電極長、電極幅につ
いてもビーム径、音響光学媒体サイズによって制限され
る。又入力パワーを上げれば、回折効率は上がるが、発
熱により光学的屈折率の不均一性が生じてしまう。これ
らの事実を踏まえて、本発明者は圧電振動子上に形成さ
れる電極を該圧電振動子の対角線上に形成することによ
り、従来の圧電振動子の長手方向と平行に形成した電極
よりも長くとることが可能となり、同じ音響光学媒体サ
イズ、入力パワーに於いても高い回折効率が得られるこ
とを見いだした。これにより、入力パワーを下げても、
従来と同等の回折効率が得られ、圧電振動子からの発熱
を抑えることが可能で、発熱による音響光学媒体中の屈
折率の不均一さを低減し、光ビームの回折角や強度の揺
らぎを抑えることが出来る。
【００１４】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。
【００１５】（実施例）音響光学媒体１にモリブデン酸
鉛（ＰｂＭｏＯ4）単結晶（寸法：１８．５×５．０×
９．０ｍｍ）、圧電振動子２にニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ3）単結晶（寸法：１８．０ｍｍ×３．５ｍｍ×
２４μｍｔ）を用い両者をエポキシ樹脂接着剤により接
合し、図１に示すように電極３を圧電振動子２の対角線
上に真空蒸着法により形成し（電極寸法：１９．５ｍｍ
×０．３５ｍｍ×３０００オングストロームｔ）、接着
後リード線５を付けて音響光学変調素子１５を作製し
た。
鉛（ＰｂＭｏＯ4）単結晶（寸法：１８．５×５．０×
９．０ｍｍ）、圧電振動子２にニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ3）単結晶（寸法：１８．０ｍｍ×３．５ｍｍ×
２４μｍｔ）を用い両者をエポキシ樹脂接着剤により接
合し、図１に示すように電極３を圧電振動子２の対角線
上に真空蒸着法により形成し（電極寸法：１９．５ｍｍ
×０．３５ｍｍ×３０００オングストロームｔ）、接着
後リード線５を付けて音響光学変調素子１５を作製し
た。
【００１６】上記作製した音響光学変調素子について図
４に示す光学系を用い、光源１３に波長１．３１μｍの
レーザビームを使用し、駆動周波数１４０ＭＨｚの高周
波電源１１を用い回折効率−駆動電力（０〜１ｗ）を測
定した。結果を図２に実線で示している。その結果、回
折効率６０％を得るために必要な駆動電力は０．６５ｗ
であった。又、発熱による光ビームの回折角や強度の揺
らぎは駆動電力が低いため殆ど見られなかった。
４に示す光学系を用い、光源１３に波長１．３１μｍの
レーザビームを使用し、駆動周波数１４０ＭＨｚの高周
波電源１１を用い回折効率−駆動電力（０〜１ｗ）を測
定した。結果を図２に実線で示している。その結果、回
折効率６０％を得るために必要な駆動電力は０．６５ｗ
であった。又、発熱による光ビームの回折角や強度の揺
らぎは駆動電力が低いため殆ど見られなかった。
【００１７】（比較例）実施例と同性能、サイズの音響
光学媒体と圧電振動子を用い両者を同様の有機系接着剤
（エポキシ系）により接合し、図５に示すように電極３
（寸法：１４．０ｍｍ×０．３５ｍｍ×３０００オング
ストロームｔ）を圧電振動子の長辺と平行に真空蒸着等
により形成し、蒸着後、電極及びリード線５を付し音響
光学変調素子１５を形成した。
光学媒体と圧電振動子を用い両者を同様の有機系接着剤
（エポキシ系）により接合し、図５に示すように電極３
（寸法：１４．０ｍｍ×０．３５ｍｍ×３０００オング
ストロームｔ）を圧電振動子の長辺と平行に真空蒸着等
により形成し、蒸着後、電極及びリード線５を付し音響
光学変調素子１５を形成した。
【００１８】前記実施例と同様の光学系、条件で回折効
率−駆動電力（０〜１ｗ）を測定を行った。その結果を
図２に破線で示している、回折効率６０％を得るために
必要な駆動電力は１．０ｗであった。又、発熱による光
ビームの回折角や強度の揺らぎは、回折角度で０．０５
゜程度見られた。
率−駆動電力（０〜１ｗ）を測定を行った。その結果を
図２に破線で示している、回折効率６０％を得るために
必要な駆動電力は１．０ｗであった。又、発熱による光
ビームの回折角や強度の揺らぎは、回折角度で０．０５
゜程度見られた。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
い入力パワーで高回折効率が得られ、圧電振動子より発
熱する熱を抑え、発熱による音響光学媒体中の屈折率の
不均一を低減し、光ビームの回折角や強度の揺らぎを抑
えることが出来、高性能音響光学変調素子を提供でき
る。
い入力パワーで高回折効率が得られ、圧電振動子より発
熱する熱を抑え、発熱による音響光学媒体中の屈折率の
不均一を低減し、光ビームの回折角や強度の揺らぎを抑
えることが出来、高性能音響光学変調素子を提供でき
る。
【図１】本発明の音響光学変調素子の外観斜視図。
【図２】本発明による駆動電力（Ｗ）と回折効率（％）
との関係を示す図。
との関係を示す図。
【図３】音響光学変調素子の動作原理を示す説明図。
【図４】実施例及び比較例で用いた測定用光学系を示す
図。
図。
【図５】従来の音響光学変調素子の外観斜視図。
１ 音響光学媒体 ２ 圧電振動子 ３ （上部）電極 ４ （下部）電極 ５ リード線 ６ 入射光 ７ 非回折光 ８ 第１次回折光 ９ 超音波進行波 １１ 高周波電源 １３ 光源 １４ 同軸ケーブル １５ 音響光学変調素子 １６ オシロスコープ １７ ホトダイオード
Claims (1)
- 【請求項１】 音響光学媒体と圧電振動子を接合し、該
圧電振動子上に高周波信号入力の為の電極を物理的蒸着
法により形成して成る音響光学変調素子に於いて、電極
を該圧電振動子の対角線上に形成したことを特徴とする
音響光学変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5784293A JP2640069B2 (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 音響光学変調素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5784293A JP2640069B2 (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 音響光学変調素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06250240A JPH06250240A (ja) | 1994-09-09 |
| JP2640069B2 true JP2640069B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=13067232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5784293A Expired - Lifetime JP2640069B2 (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 音響光学変調素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2640069B2 (ja) |
-
1993
- 1993-02-22 JP JP5784293A patent/JP2640069B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06250240A (ja) | 1994-09-09 |
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