(57)【要約】【課題】電気光学結晶や圧電体などの誘電体材料に、正弦波の信号電圧を印加することによってさまざまな機能を発現させることができる。従来技術の構成の誘電体への電圧印加装置において、誘電体に信号電圧を印加する際、信号電圧の電圧振幅を急激に大きくすると誘電体において急激な発熱が生じ得る。発熱に起因する誘電体の誘電率の変動が、電圧印加装置から誘電体への電圧印加動作を妨げる問題があった。【解決手段】本発明の電圧印加装置は、矩形波の電圧振幅を漸増的に大きくする矩形波電圧振幅漸増部を有するため、電圧印加装置に接続された誘電体の急激な発熱が抑制される。温度調整機構による誘電体の温度制御が、温度変動に対して安定的に追随できるようになる。誘電体の温度の急激な変化や不安定な振動的な温度変動が抑えられる。誘電率の温度依存性が大きい誘電体の場合も、誘電体の誘電率の変化が抑制され、共振角周波数が、矩形波の繰り返し角周波数から大きく逸脱することも抑えられる。【選択図】図１
2014092606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形波発生部と、
前記矩形波発生部から生成される矩形波電圧の振幅を制御する矩形波電圧振幅漸増部と、
共振回路の一部を構成する回路素子と、
前記回路素子に接続され、外部の誘電体を接続する出力ポートと
を備えた電圧印加装置であって、
前記出力ポートに誘電体を接続したときに、前記回路素子とともに構成される共振回路の共振角周波数ω0が、前記矩形波発生部が生成する矩形波の繰り返し周波数ωsと概ね等しく、
前記矩形波電圧振幅漸増部は、前記矩形波発生部によって前記矩形波電圧が印加開始されるときに前記矩形波の振幅を漸増させること
を特徴とする電圧印加装置。
【請求項２】
前記誘電体を、所定の設定温度に一定に保つ制御を行う温度調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電圧印加装置。
【請求項３】
前記共振回路は、ＬＣＲ直列共振回路であることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧印加装置。
【請求項４】
前記ＬＣＲ直列共振回路の抵抗成分をＲ、インダクタンス成分をＬとしたとき、前記共振角周波数ω0と前記繰り返し周波数ωsとの差がＲ／（２Ｌ）以内であることを特徴とする請求項３に記載の電圧印加装置。
【請求項５】
前記電圧印加装置に接続される誘電体は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶 (０＜ｘ＜１)またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3 結晶（０＜y＜１、０＜ｘ＜１)であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の電圧印加装置。
【請求項６】
矩形波発生部と、前記矩形波発生部から生成される矩形波電圧の振幅を制御する矩形波電圧振幅漸増部と、共振回路の一部を構成する回路素子と、前記回路素子に接続され、外部の誘電体を接続する出力ポートとを備えた電圧印加装置から、誘電体に電圧を印加する方法において、
前記出力ポートに誘電体を接続したときに、前記回路素子とともに構成される共振回路の共振角周波数ω0を、前記矩形波発生部が生成する矩形波の繰り返し周波数ωsに概ね等しい周波数に設定するステップと、
前記矩形波発生部から、矩形波信号を供給するステップと
を備え、
前記矩形波信号が印加開始されるときに、前記矩形波電圧振幅漸増部によって前記矩形波信号の振幅が漸増されることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記電圧印加装置は、前記誘電体を所定の設定温度に一定に保つ制御を行う温度調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記共振回路は、ＬＣＲ直列共振回路であって、前記ＬＣＲ直列共振回路の抵抗成分をＲ、インダクタンス成分をＬとしたとき、前記共振角周波数ω0と前記繰り返し周波数ωsとの差がＲ／（２Ｌ）以内であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、誘電体などの電気材料およびその利用法に関する。
【０００２】
電気光学結晶や圧電体などの誘電体材料に、正弦波の信号電圧を印加することによって、さまざまな機能を発現させることが行われている。発現された機能を利用して、さらに複雑な装置機能を実現できる。例えば、非特許文献１には、光共振器内に電気光学結晶を配置し、この電気光学結晶に１５０ｋＨｚの正弦波電圧を印加することによって、波長掃引光源を実現している。上述のような誘電体材料等に印加するための正弦波電圧を発生させる電圧印加装置として、矩形波信号を共振回路に入力することによって、正弦波電圧を生成する方法を用いたものがある。
【０００３】
図７は、従来技術の誘電体材料に対する電圧印加装置の構成を示した図である。電圧印加装置７０１は、矩形波生成部７０５、共振回路の一部７０６、出力ポート７０２−１、７０２−２を備えている。出力ポート７０２−１、７０２−２には、誘電体７０３が接続されている。温度調整機構７０４によって、誘電体７０３が所定の設定温度に一定に保たれるように制御されている。共振回路の一部７０６および誘電体７０３によって、共振回路７００が形成される。
【０００４】
図８は、従来技術の電圧印加装置における、発生した矩形波電圧および誘電体に印加される電圧の各波形を示した図である。図７における共振回路７００は、共振角周波数ω0を有している。また、矩形波生成部７０５が生成する矩形波の繰り返し角周波数をωsとすると、その周期は、図８に示すように次式となる。
【０００５】
【数１】
2014092606.tif 000003
【０００６】
ここで、ωs＝ω0 と設定することにより、共振回路７００の作用によって、矩形波から角周波数ωs成分が抽出される。共振を利用することによって、角周波数ωsの正弦波電圧を誘電体７０３に印加することが可能となる。
【０００７】
図９は、共振回路として直列ＬＣＲ回路を用いた場合の電圧印加装置の構成を示した図である。直列ＬＣＲ回路９００は共振角周波数ω0を有する。矩形波生成部９０５が生成する矩形波の繰り返し角周波数ωsと、共振角周波数ω0とを概ね等しくすることによって、図７の電圧印加装置で説明したのと同様の動作によって、角周波数ωsの正弦波を、誘電体９０３に印加することが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Shogo Yagi, Tadayuki Imai, Yasuo Shibata, Shigeo Ishibashi, Masahiro Sasaura, Kazutoshi Kato, Kazunori Naganuma, Yuzo Sasaki, and Kazuo Fujiura, “A mechanical-free 150-kHz repetition swept light source incorporated a KTN electro-optic deflector,” Proc. SPIE 7889, 78891J (2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図９の構成の電圧印加装置において、誘電体９０３に信号電圧を印加する際、信号電圧の電圧振幅を急激に大きくすると、誘電体において急激な発熱が生じ得る。この発熱に起因する誘電体の誘電率の変動が、電圧印加装置から誘電体への電圧印加動作を妨げる問題があった。
【００１０】
図１０は、従来技術の電圧印加装置において、誘電体に印加される電圧および誘電体の温度を示した図である。上側には、図９の電圧印加装置の誘電体９０３に印加される電圧の波形を示し、下側には、誘電体９０３の実際の温度時間変化を示している。図９の電圧印加装置では、温度調整機構９０４によって誘電体９０３の温度を設定温度に一定に保つ制御をしている。しかしながら、制御における応答のためには、一定の有限の時間が必要となるため、誘電体９０３の温度は図１０に示すように設定温度を中心として上下に変化してしまう。
【００１１】
図１１は、誘電体の誘電率の温度依存性の一例を示した図である。図１１に示すように、誘電体の誘電率の温度依存性が大きい場合、誘電体９０３への信号電圧が急激に変動する場合に、誘電体の誘電率が変動する。すなわち、誘電体の静電容量Ｃが変動してしまう。図９の電圧印加装置で使用されている、直列ＬＣＲ共振回路の共振角周波数ω0は次式で表される。
【００１２】
【数２】
2014092606.tif 000004
【００１３】
式（２）からも明らかなように、誘電体９０３の静電容量Ｃが変化すれば、共振角周波数ω0も変化する。そのため、矩形波の繰り返し周波数ωsと共振角周波数ω0とが大きくずれてしまう。繰り返し周波数ωsが共振角周波数ω0から大きく離れてしまう場合、共振状態から大きく離れてしまうため、誘電体９０３へ実際に印加される電圧はその振幅が急激に減少する。結果として、誘電体９０３へ電圧が印加できなくなるため、正弦波を印加する電源として機能しなくなってしまう問題があった。本発明の目的は、上述のような従来技術の電圧印加装置の問題に鑑みてなされたもので、誘電体に電圧を印加する際に、誘電率の変動を抑え、安定的に誘電体に電圧印加が可能な電圧印加装置および電圧印加方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、矩形波発生部と、前記矩形波発生部から生成される矩形波電圧の振幅を制御する矩形波電圧振幅漸増部と、共振回路の一部を構成する回路素子と、前記回路素子に接続され、外部の誘電体を接続する出力ポートとを備えた電圧印加装置であって、前記出力ポートに誘電体を接続したときに、前記回路素子とともに構成される共振回路の共振角周波数ω0が、前記矩形波発生部が生成する矩形波の繰り返し周波数ωsと概ね等しく、前記矩形波電圧振幅漸増部は、前記矩形波発生部によって前記矩形波電圧が印加開始されるときに前記矩形波の振幅を漸増させることを特徴とする電圧印加装置である。    
請求項２の発明は、請求項１の電圧印加装置であって、前記誘電体を、所定の設定温度に一定に保つ制御を行う温度調整機構をさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２の電圧印加装置であって、前記共振回路は、ＬＣＲ直列共振回路であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３の電圧印加装置であって、前記ＬＣＲ直列共振回路の抵抗成分をＲ、インダクタンス成分をＬとしたとき、前記共振角周波数ω0と前記繰り返し周波数ωsとの差がＲ／（２Ｌ）以内であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかの電圧印加装置であって、前記電圧印加装置に接続される誘電体は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶 (０＜ｘ＜１)またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3 結晶（０＜y＜１、０＜ｘ＜１)であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、矩形波発生部と、前記矩形波発生部から生成される矩形波電圧の振幅を制御する矩形波電圧振幅漸増部と、共振回路の一部を構成する回路素子と、前記回路素子に接続され、外部の誘電体を接続する出力ポートとを備えた電圧印加装置から、誘電体に電圧を印加する方法において、前記出力ポートに誘電体を接続したときに、前記回路素子とともに構成される共振回路の共振角周波数ω0を、前記矩形波発生部が生成する矩形波の繰り返し周波数ωsに概ね等しい周波数に設定するステップと、前記矩形波発生部から、矩形波信号を供給するステップとを備え、前記矩形波信号が印加開始されるときに、前記矩形波電圧振幅漸増部によって前記矩形波信号の振幅が漸増されることを特徴とする方法である。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６の方法であって、前記電圧印加装置は、前記誘電体を所定の設定温度に一定に保つ制御を行う温度調整機構をさらに備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項７の方法であって、前記共振回路は、ＬＣＲ直列共振回路であって、前記ＬＣＲ直列共振回路の抵抗成分をＲ、インダクタンス成分をＬとしたとき、前記共振角周波数ω0と前記繰り返し周波数ωsとの差がＲ／（２Ｌ）以内であることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、請求項６乃至８いずれかの方法において、前記電圧印加装置に接続される誘電体は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶 (０＜ｘ＜１)またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3 結晶（０＜y＜１、０＜ｘ＜１)とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明の電圧印加装置は、矩形波の電圧振幅を漸増的に大きくする矩形波電圧振幅漸増部を有するため、電圧印加装置に接続された誘電体の急激な発熱が抑制される。この結果、温度調整機構による誘電体の温度制御は、温度変動に対して安定的に追随できるようになる。誘電体の温度の急激な変化や不安定な振動的な温度変動が抑えられる。誘電率の温度依存性が大きい誘電体であった場合でも、誘電体の誘電率の変化が抑制され、共振角周波数が、矩形波の繰り返し角周波数から大きく逸脱することも抑えられる。電圧印加開始後、共振が安定に持続するという顕著な効果を持つ。同様に、電気光学結晶や圧電体などの誘電体材料に、安定的に正弦波電圧を印加する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の電圧印加装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の電圧印加装置における、誘電体への印加電圧および誘電体温度を示した図である。
【図３】図３は、直列ＬＣＲ回路を用いた、本発明の電圧印加装置の構成を示した図である。
【図４】図４は、本発明の電圧印加装置における電圧振幅を漸増させた場合の振幅変化の例を示した図である。
【図５】図５は、本発明の電圧印加装置が内部にコンデンサを有している構成を示した図である。
【図６】図６は、直列ＬＣＲ共振回路を流れる共振電流の角周波数依存性を示した図である。
【図７】図７は、従来技術の正弦波電圧を発生させる電圧印加装置の構成を示した図である。
【図８】図８は、従来例において、矩形波生成部が生成する矩形波電圧および誘電体への印加電圧を示した図である。
【図９】図９は、従来技術の直列ＬＣＲ回路を用いた電圧印加装置の構成を示した図である。
【図１０】図１０は、従来技術の電圧印加装置における、誘電体印加への電圧および誘電体温度を示した図である。
【図１１】図１１は、誘電体の誘電率の温度依存性の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、電気光学結晶や圧電体などの誘電体材料に、正弦波の信号電圧を印加する場合に、矩形波の電圧振幅を漸増的に大きくする矩形波電圧振幅漸増部を有する。このため、電圧印加装置に接続された誘電体の温度変化も漸増的となる。温度調整機構による誘電体の温度制御が追随できるようになる。
【００２５】
本発明の電圧印加装置は、矩形波発生部と、前記矩形波発生部から生成される矩形波電圧の振幅を制御する矩形波電圧振幅漸増部と、共振回路の一部を構成する回路素子と、前記回路素子に接続され、外部の誘電体を接続する出力ポートとを備えた電圧印加装置である。出力ポートに誘電体を接続したときに、回路素子とともに構成される共振回路の共振角周波数ω0が、前記矩形波発生部が生成する矩形波の繰り返し周波数ωsと概ね等しく、前記矩形波電圧振幅漸増部は、前記矩形波発生部によって前記矩形波電圧が印加開始されるときに、前記矩形波の振幅を漸増させることを特徴とする。
【００２６】
図１０に示した、矩形波電圧を印加開始するときの誘電率の変動は、温度調整機構におけるフィードバック制御のループ応答も反映している。本発明では、誘電体の誘電率温度変動感度や、フィードバック制御ループ特性に影響を受けずに、矩形波信号の振幅（包絡線）を漸増させることによって、温度調整機構に起因する不安定な振動現象を抑えることができる。以下、本発明の動作について詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の電圧印加装置の構成を示す図である。電圧印加装置１０１は、出力ポート１０２−１、１０２−２を有しており、出力ポート間に誘電体１０３が接続されている。温度調整機構１０４によって、誘電体１０３の温度が所定の設定温度に一定に保たれるように制御されている。電圧印加装置１０１は、矩形波発生部１０５を有している。矩形波発生部１０５が発生する矩形波の繰り返し角周波数をωsとする。また、矩形波発生部１０５には、矩形波の振幅を制御する矩形波電圧振幅漸増部１１０が接続されている。
【００２８】
共振回路の一部１０６および誘電体１０３によって、共振回路１００が形成される。共振回路１００は、共振角周波数ω0を有している。矩形波の繰り返し角周波数をωsとすると、ωs＝ω0に設定することで、矩形波から角周波数ωs成分が抽出される。矩形波から抽出された角周波数ωs成分から、角周波数ωsの正弦波を誘電体１０３に印加することが可能となる。
【００２９】
本発明の電圧印加装置では、矩形波電圧振幅漸増部１１０によって、電圧印加開始時の矩形波電圧の振幅を制御する点に特徴がある。
【００３０】
図２は、本発明の電圧印加装置における、誘電体への印加電圧および誘電体温度を示した図である。本発明の電圧印加装置で電圧印加を開始する場合、矩形波電圧振幅漸増部１１０を制御することによって、図２に示すように矩形波発生部１０５から出力される矩形波の振幅を漸増させる。このように矩形波信号の包絡線を制御する場合、誘電体１０３に印加される正弦波電圧の振幅も漸増する。したがって、誘電体１０３が急激に発熱することはないため、温度調整機構１０４による温度制御が追従し、誘電体１０３の温度は設定温度から大きく逸脱することはない。そのため、誘電体１０３の誘電率の温度依存性が大きい場合であっても、誘電体１０３の静電容量Ｃの変動が抑制される。
【００３１】
一般に共振角周波数は誘電体１０３の静電容量Ｃに依存するが、誘電体１０３の静電容量Ｃの変動が抑制される結果、共振角周波数の変動も抑制される。従って、電圧印加前に、矩形波の繰り返し周波数ωsと共振角周波数ω0とを概ね一致させておくことによって、電圧印加中も概ね一致することになる。共振作用によって矩形波から抽出された角周波数ωs成分から、誘電体１０３に正弦波電圧を印加することが可能となる。
【００３２】
図３は、直列ＬＣＲ回路を用いた、本発明の電圧印加装置の構成を示した図である。この構成では、共振回路の一部１０６が、直列に接続されたインダクタ（コイル）１０７および抵抗１０８で構成されている。本構成の場合、共振回路は、ＬＣＲ直列共振回路２００となる。この場合、共振角周波数ω0は次式で表される。
【００３３】
【数３】
2014092606.tif 000005
【００３４】
電圧を印加する前に、矩形波の繰り返し角周波数ωsと共振角周波数ω0とを概ね一致させておき、さらに矩形波発生部１０５から出力される矩形波の振幅を漸増させることによって、誘電体１０３に正弦波電圧を安定して印加することが可能となる。
【００３５】
図４は、本発明の電圧印加装置において印加電圧振幅を漸増させる場合の振幅変化の例を示した図である。本例では、最終的な電圧印加振幅に至るまでの時間を複数の持続時間区間（例えば、Ｔstep1〜ＴstepNのＮ個）に区切って、各区間内で一定振幅を維持する。Ｎ個の区間毎に、振幅値をステップ状に電圧振幅を変化させ、最終振幅値まで漸次増加させる。各電圧における持続時間は、一定時間であってもまたは一定時間でなくても良い。また、電圧の増加量であるステップ電圧（Ｖstep1〜ＶstepN）は、一定値であってもまたは一定値でなくても良い。また、印加電圧の漸増のさせ方は、図４のようなステップ状に限らず、連続的なスロープ状や、時間と共に非線形に電圧振幅が漸増するものであっても良い。
【００３６】
図５は、本発明の別の構成例であって、電圧印加装置が内部にコンデンサを有している構成を示した図である。図３に示した電圧印加装置との相違点は、電圧印加装置１０１自身が内部にコンデンサ２０９を有していることである。コンデンサ２０９の静電容量と、誘電体１０３の静電容量の和をCとすれば、図３で示した電圧印加装置で説明したのと同様の安定した電圧印加動作が実現できることは言うまでもない。以下、より具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００３７】
図５に示した構成の電圧印加装置のより具体的な構成例を以下に示す。インダクタＬ、内部コンデンサＣ２および抵抗Ｒを以下のように設定した。
Ｌ＝７．７９×１０-4  [Ｈ]
Ｃ２＝１．９３  [ｎＦ]
Ｒ＝２．４５×１０ [Ω]
矩形波の繰り返し角周波数ωsを２π×１０5 ｒａｄ／ｓとした。また、誘電体１０３として、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶（ｘ＝０．４、寸法は４×３．２×１．５ｍｍ)を用いた。誘電体の温度は、誘電率値が１７，５００で、結晶構造が立方晶となる温度に設定した。結晶の、寸法が４×３．２ｍｍの２つの対向面にＴｉ電極を蒸着した場合、誘電体の電極間の静電容量Ｃ１は、次式のように計算される。
８．８５４*１０-12*１７５００*４*１０-3*３．２*１０-3/(１．５*１０-3)
＝１．３２ [ｎＦ]
すなわち、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＝３．２５[ｎＦ] となる。このとき、共振角周波数ω0は２π×１０5 ｒａｄ/ｓ となり、矩形波の繰り返し角周波数ωsと一致させた。
【００３８】
ＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶に印加する電圧振幅を、０Ｖから４００Ｖまで、１秒ごとに４０Ｖずつ漸増させた (０Ｖ, ４０Ｖ, ８０Ｖ, １２０Ｖ, １６０Ｖ, ２００Ｖ, ２４０Ｖ, ２８０Ｖ, ３２０Ｖ, ３６０Ｖ, ４００Ｖ)ところ、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶に対して正弦波電圧を印加することができた。
【００３９】
図２に示したような誘電体の温度変化があって、ある瞬間に誘電体の誘電率が例えば１７，５００から１５，４００に変化した場合（温度変動の例１）、このときの誘電体の静電容量Ｃ１は、次のように計算される。    
８．８５４*１０-12*１５４００*４*１０-3*３．２*１０-3/(１．５*１０-3)
＝１．１６ [ｎＦ]
すなわち、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＝３．０９[ｎＦ] となる。このとき、共振角周波数ω0は６．３１×１０5 ｒａｄ／ｓ となり、矩形波の繰り返し角周波数ωs＝２π×１０5 ｒａｄ／ｓと完全には一致せず、３．１４×１０ｒａｄ／ｓ 程度の角周波数ずれが生じる。ＬＣＲ直列共振回路の半値半幅はＲ／２Ｌ （ｒａｄ／ｓ）で表されるので、ＲとＬの数値をこれに代入すると３．１４ ×１０ｒａｄ／ｓ となる。すなわち、共振角周波数ω0と繰り返し角周波数ωsとの角周波数ずれは、ＬＣＲ共振回路の半値半幅程度であるから、実際に誘電体に印加される振幅値はやや減少するものの、誘電体に正弦波電圧を印加することが可能である。まもなく、所定の誘電率値に収束する。
【００４０】
同様に、図２に示したような誘電体の温度変化があって、ある瞬間に誘電体の誘電率が例えば１７，５００から１９，７００に変化した場合（温度変動の例２）、このときの誘電体の静電容量Ｃ１は、次のように計算される。
８．８５４*１０-12*１９７００*４*１０-3*３．２*１０-3/(１．５*１０-3)
＝１．４９[ｎＦ]
すなわち、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＝３．４２[ｎＦ] となる。このとき、共振角周波数ω0は６．２５×１０5 ｒａｄ／ｓ となり、矩形波の繰り返し角周波数ωs＝２π×１０5 ｒａｄ／ｓと完全には一致せず、３．１４×１０ ｒａｄ／ｓ程度の角周波数ずれが生じる。
【００４１】
図６は、直列ＬＣＲ共振回路を流れる共振電流の角周波数依存性を示した図である。上述の温度変動の例１は、本来の共振角周波数ω0の特性６０３に対して、共振特性６０２に示した状態となるが、繰り返し角周波数ωsにおいて最終振幅値の５０％の振幅値を維持している。したがって、電圧印加開始後も共振は維持され、最終印加電圧振幅値に収束することができる。
【００４２】
上述の温度変動の例２の場合も、図６に示すように、ＬＣＲ直列共振回路の半値半幅はＲ／２Ｌ （ｒａｄ／ｓ）で表されるので、ＲとＬの数値をこれに代入すると３．１４ ×１０ ｒａｄ／ｓとなる。このときは温度変動の例２は、本来の共振角周波数ω0の特性６０３に対して、共振特性６０１に示した状態となる。このときも、共振角周波数ω0と繰り返し角周波数ωsとの角周波数ずれは、上記計算例のようにＬＣＲ共振回路の半値半幅程度である。実際に誘電体に印加される振幅値は５０％程度に減少はするものの誘電体に正弦波を印加することが可能である。電圧印加開始後も共振は維持され、誘電体温度が安定した後、最終印加電圧振幅値に収束することができる。
【００４３】
したがって、ＬＣＲ直列共振回路の抵抗成分をＲ、インダクタンス成分をＬとしたときに、前記共振角周波数ω0と前記繰り返し周波数ωsとの差の最大値の絶対値が、半値半幅のＲ／（２Ｌ）以内であることが好ましい。
【００４４】
本実施例ではＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶(ｘ＝０．４)を用いたが、その他のｘ (０＜ｘ＜１)のＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶を用いても良い。また、Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3結晶(０＜ｙ＜１、０＜ｘ＜１) を用いても良い。
【００４５】
本発明の電圧印加装置における矩形波信号の振幅を制御する動作・作用は、矩形波電圧の印加方法の発明としても表現できる。すなわち、矩形波発生部と、前記矩形波発生部から生成される矩形波電圧の振幅を制御する矩形波電圧振幅漸増部と、共振回路の一部を構成する回路素子と、前記回路素子に接続され、外部の誘電体を接続する出力ポートとを備えた電圧印加装置から、誘電体に電圧を印加する方法として記載できる。この方法は、前記出力ポートに誘電体を接続したときに、前記回路素子とともに構成される共振回路の共振角周波数ω0を、前記矩形波発生部が生成する矩形波の繰り返し周波数ωsに概ね等しい周波数に設定するステップ、および、前記矩形波発生部から、矩形波信号を供給するステップを備え、前記矩形波信号が印加開始されるときに、前記矩形波電圧振幅漸増部によって前記矩形波信号の振幅が漸増される方法である。
【００４６】
以上詳細に説明したように、本発明の電圧印加装置は、矩形波の電圧振幅を漸増的に大きくする矩形波電圧振幅漸増部を有するため、電圧印加装置に接続された誘電体の急激な発熱が抑制される。このため、温度調整機構による誘電体の温度制御が、温度変動に安定的に追随できるようになる。誘電体の温度の急激な変化も抑制される。誘電率の温度依存性が大きい誘電体であったとしても、誘電体の誘電率変化が抑制され、共振角周波数が、矩形波の繰り返し角周波数から大きく逸脱することも抑えられる。その結果、共振を安定に持続するという顕著な効果を持つ。
【００４７】
また、本発明の電圧印加方法では、矩形波の電圧振幅を漸増的に大きくすることにより、誘電体の急激な発熱が抑制され、温度調整機構による誘電体の温度制御は不要な応答なしに追随できる。このため、誘電体の温度の急激な変化が抑制される。誘電率の温度依存性が大きい誘電体の場合でも、誘電体の誘電率変化が抑制され、共振角周波数が、矩形波の繰り返し角周波数から大きく逸脱することも抑制される。不要な誘電率の振動が抑えられて、共振が安定に持続するという顕著な効果を持つ。
【実施例２】
【００４８】
本実施例では、電圧の漸増の仕方を実施例１とは異なるプロファイルで変化させた。実施例１の電圧印加装置の構成と同じ図５の構成として、印加する矩形波電圧振幅を、０Ｖから４００Ｖまで、１００ミリ秒ごとに２０Ｖずつ漸増させた (０Ｖ, ２０Ｖ, ４０Ｖ, ６０Ｖ, … , ３６０Ｖ, ３８０Ｖ, ４００Ｖ)ところ、実施例１と同様に、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶に正弦波電圧を印加することができた。本実施例では、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶(ｘ＝０．４)を用いたが、その他のｘ (０＜ｘ＜１)のＫＴａ1-xＮｂxＯ3結晶を用いても良い。また、Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3結晶(０＜ｙ＜１、０＜ｘ＜１) を用いても良い。
【００４９】
上述の実施例１および実施例２では、共振回路としてＬＣＲ直列共振回路の場合を説明したが、ＬＣＲ並列共振回路など、その他の共振回路であっても良い。
【００５０】
以上説明したように、本発明の電圧印加装置および方法は、矩形波の電圧振幅を漸増的に大きくする矩形波電圧振幅漸増部を有するため、電圧印加装置に接続された誘電体の急激な発熱が抑制される。温度調整機構による誘電体の温度制御が、温度変動に安定的に追随できるようになる。誘電体の温度の急激な変化が抑制される。誘電率の温度依存性が大きい誘電体であったとしても、誘電体の誘電率の変化が抑制され、共振角周波数が、矩形波の繰り返し角周波数から大きく逸脱することが抑制される。その結果、共振を安定に持続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、誘電体などの電気材料およびその利用法に関する。誘電体を利用した電気装置、光学装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１００、７００  共振回路
１０１、７０１、９０１  電圧印加装置
１０２−１、１０２−２、７０２−１、７０２−２、９０２−１、９０２−２  出力ポート
１０３、７０３、９０３  誘電体
１０４、７０４、９０４  温度調整機構
１０５、７０５、９０５  矩形波発生部
１０６、７０６  共振回路の一部
１０７、９０７  インダクタ
１０８、９０８  抵抗
１１０  矩形波電圧振幅漸増部
２００、９００  ＬＣＲ直列共振回路
２０９  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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