(57)【要約】【課題】フレネル反射で反射した反射光が入射光の経路へ戻るのを防止することで動作の安定性を維持でき、しかも内部での光の減衰を防止できる電気光学変調素子、ならびにこの電気光学変調素子を用いることで、感度低下を防止できる電界検出モジュールを提供する。【解決手段】  図１（ａ）に示すように、電気光学結晶ＥＯＭが縦方向、この場合、上方向に傾斜した光入射面１０１Ａを有することで、光入射面１０１Ａでの反射光が入射光の経路から逸れ、よって、その経路にある光源ＬＳの動作が不安定になるのを防止できる。また、光入射面１０１Ａを縦方向に傾斜させたことで、図１（ｂ）に示すように、光入射面１０１Ａから入射した光がその際に横方向つまり電界印加方向に曲がるのが防止され、よって、光が側面で減衰するのを防止することができ、電界強度の検出感度の低下を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶を備え、該電気光学結晶に対し横方向の電界を印加することで当該電気光学結晶に入射した光の位相を変化させる電気光学変調素子において、
前記電気光学結晶が、縦方向に傾斜した光入射面を有することを特徴とする電気光学変調素子。
【請求項２】
前記電気光学結晶が、縦方向に傾斜した光出射面を有することを特徴とする請求項１記載の電気光学変調素子。
【請求項３】
前記光入射面と光出射面とが互いに平行であることを特徴とする請求項２記載の電気光学変調素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気光学変調素子と、光入射面へ入射光を入射させる手段と、光出射面からの出射光により前記電界の強度を検出する手段とを備えることを特徴とする電界検出モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレネル反射で反射した反射光が入射光の経路へ戻るのを防止することで動作の安定性を維持でき、しかも内部での光の減衰を防止できる電気光学変調素子、ならびにこの電気光学変調素子を用いることで、感度低下を防止できる電界検出モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気光学（Electro-optic；ＥＯ）結晶を用いた電気光学変調素子は、光通信に用いられるだけでなく、電界または電気信号を検出するための検出素子としても幅広く用いられている。いずれの用途においても、低い印加電圧で光に大きな位相変化を与えることが望まれる。電気光学変調素子によって、光に与えられる位相変化Δφは、次式で与えられる。
【０００３】
Δφ＝α・（Ｖ／ｄ）・Ｌ
ここで、αは電気光学結晶の種類や電気光学変調素子の構造によって決まる定数、Ｖは電気光学変調素子に印加される電圧、ｄは電気光学変調素子の電極間距離、Ｌは電気光学変調素子の長さである。この式が示すように、ｄが小さくＬが大きいほど、光に対して大きな位相変化を与えられる。
【０００４】
電気光学変調素子は、人体に電界を印加して通信を行うときの電界検出モジュールに用いられる。
【０００５】
図４（ａ）は、かかる電界検出モジュールの側面図であり、図４（ｂ）は、その平面図である。図５（ａ）は、この電界検出モジュールで用いられる電気光学変調素子ＥＯＭ１の斜視図であり、図５（ｂ）は、その光入射面を示す図であり、図５（ｃ）は、その側面図である。
【０００６】
図４に示す電界検出モジュールでは、光源ＬＳからの光ビームが偏光ビームスプリッタＰＢＳ１と１／４波長板ＱＷＰを通過後、電気光学変調素子ＥＯＭ１の光入射面１０１Ａに入射する。
【０００７】
電気光学変調素子ＥＯＭ１では、図５に示すＥＯ結晶１００の上部をなすリッジ部１０１に対し、電極Ｐ１，Ｐ２により横方向の電界を印加する。これにより、リッジ部１０１の複屈折率が変化する。光ビームは、光入射面１０１ＡのビームスポットＢＳからリッジ部１０１に入射し、複屈折率が変化したリッジ部１０１で位相が変化した出射光が光出射面１０１Ｂから出射する。
【０００８】
出射光は、図４に示す偏光ビームスプリッタＰＢＳ２でＰ偏光とＳ偏光に分離され、Ｐ偏光が光検出器ＰＤ１でＳ偏光が光検出器ＰＤ２で検出され、それぞれの検出結果の差分が検出される。
【特許文献１】特開２０００−１７１４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、空気とは屈折率の異なるＥＯ結晶のような媒質に光を照射すると、その一部が透過し一部が反射する。このように、屈折率の異なる面での光の反射をフレネル反射と呼ぶ。
【００１０】
図４の電界検出モジュールでは、電気光学変調素子ＥＯＭ１の光入射面１０１Ａでのフレネル反射により、反射光が入射光の経路を戻り、光源に再入射することによって、光源の動作が不安定になることがある。また、光出射面１０１Ｂでのフレネル反射により、光出射面１０１Ｂでの反射光（内部への反射光）が内部での光の経路を戻り、この光にとっては、光入射面１０１Ａが光出射面となるので、ここでも、反射光が内部での光の経路を戻り、そのため、内部で光共振が発生することがある。
【００１１】
光共振が起きると、光検出素子に入射する光の量が波長に依存するようになり、電界検出モジュールの検出動作が不安定になり、また温度ドリフトも生ずる。また、光共振が起きると、光源に戻る光の量が波長に依存するので、波長安定度の低い光源を用いた場合には、光源の発振動作が不安定になる。
【００１２】
かかる悪影響を防止するため、電気光学変調素子などの光学部品の表面に無反射コーティング(Anti-reflection coating: ARC)を施すことがあるが、ＡＲＣが最も有効に機能する波長においても０．１％程度の反射率が存在するため、高強度の光に対しては、ＡＲＣの性能は必ずしも十分とは言えない。また、ＡＲＣを施した面での反射率は波長依存性を持っており、広い波長に渡って有効ではないので、光共振を完全には防止できない。
【００１３】
そこで、光入射面１０１Ａを入射光の方向から若干横方向に傾けることで、反射光の戻りを防止することがある。また、これにより、光出射面１０１Ｂも傾くので、光共振も防止できる。
【００１４】
しかし、図５（ｂ）に示すように、電気光学変調素子ＥＯＭ１の電極間距離ｄが小さい場合や、図５（ｃ）に示すように、電気光学変調素子ＥＯＭ１の長さＬが長い場合、光入射面１０１Ａや光出射面１０１Ｂを横方向に傾けると、光入射面１０１Ａから入射した光が、電極Ｐ１やＰ２などが設けられた側面に当り、そのときに強度が減衰し、これにより、電界検出モジュールの感度が低下する。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、フレネル反射で反射した反射光が入射光の経路へ戻るのを防止することで動作の安定性を維持でき、しかも内部での光の減衰を防止できる電気光学変調素子、ならびにこの電気光学変調素子を用いることで、感度低下を防止できる電界検出モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、電気光学結晶を備え、該電気光学結晶に対し横方向の電界を印加することで当該電気光学結晶に入射した光の位相を変化させる電気光学変調素子において、前記電気光学結晶が、縦方向に傾斜した光入射面を有することを特徴とする電気光学変調素子をもって解決手段とする。
【００１７】
請求項１の本発明によれば、光入射面を傾斜させたことで、光入射面での反射光が入射光の経路から逸れ、よって、その経路にある光学部品の動作が不安定になるのを防止でき、しかも、縦方向に傾斜させたことで、光入射面から入射した光がその際に横方向つまり電界印加方向に曲がるのが防止され、よって、光が側面で減衰するのを防止することができる。
【００１８】
請求項２の本発明は、前記電気光学結晶が、縦方向に傾斜した光出射面を有することを特徴とする請求項１記載の電気光学変調素子をもって解決手段とする。
【００１９】
請求項２によれば、光出射面を傾斜させたことで、光出射面での反射光（内部への反射光）が内部での光の経路から逸れ、よって、内部での光共振を防止でき、しかも、縦方向に傾斜させたことで、内部への反射光がその際に横方向つまり電界印加方向に曲がるのが防止され、よって、必要のない反射光を電極のない上面や下面から外部へ出射させることができる。
【００２０】
請求項３の本発明は、前記光入射面と光出射面とが互いに平行であることを特徴とする請求項２記載の電気光学変調素子をもって解決手段とする。
【００２１】
請求項３の本発明によれば、光入射面と光出射面とを互いに平行としたことで、電気光学変調素子への入射光と電気光学変調素子からの出射光とが互いに平行となり、よって、電気光学変調素子とともに用いられる光学部品の高さ決めが容易になる。
【００２２】
請求項４の本発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電気光学変調素子と、光出射面へ入射光を入射させる手段と、光出射面からの出射光により前記電界の強度を検出する手段とを備えることを特徴とする電界検出モジュールをもって解決手段とする。
【００２３】
請求項４の本発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の電気光学変調素子を用いたことで、光入射面へ入射光を入射させる手段を構成する光学部品の動作の安定性を維持しつつ、電界強度の検出感度の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光入射面を傾斜させたことで、光入射面での反射光が入射光の経路から逸れ、よって、その経路にある光学部品の動作が不安定になるのを防止でき、しかも、縦方向に傾斜させたことで、光入射面から入射した光がその際に横方向つまり電界印加方向に曲がるのが防止され、よって、光が側面で減衰するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る電気光学変調素子ＥＯＭを用いた電界検出モジュールの側面図であり、図１（ｂ）は、その平面図である。図２（ａ）は、この電界検出モジュールで用いられる電気光学変調素子ＥＯＭの斜視図であり、図２（ｂ）は、その光入射面を示す図であり、図２（ｃ）は、その側面図である。ここでは、図４や図５で示した要素と同一の要素には同一符号を付与する。
【００２７】
図１に示す電界検出モジュールでは、光源ＬＳからの光ビームが偏光ビームスプリッタＰＢＳ１と１／４波長板ＱＷＰを通過後、電気光学変調素子ＥＯＭの光入射面１０１Ａに入射する。
【００２８】
電気光学変調素子ＥＯＭでは、図２に示すＥＯ結晶１００の上部をなすリッジ部１０１に対し、電極Ｐ１，Ｐ２により横方向（ｘ方向）の電界を印加する。これにより、リッジ部１０１の複屈折率が変化する。光ビームは、光入射面１０１ＡのビームスポットＢＳからリッジ部１０１に入射し、複屈折率が変化したリッジ部１０１で位相が変化した出射光が光出射面１０１Ｂから出射する。
【００２９】
出射光は、図１に示す偏光ビームスプリッタＰＢＳ２でＰ偏光とＳ偏光に分離され、Ｓ偏光が光検出器ＰＤ１でＰ偏光が光検出器ＰＤ２で検出され、それぞれの検出結果の差分が検出される。
【００３０】
また、例えば、図２（ｃ）に示すように、電気光学結晶ＥＯＭが縦方向、この場合、上方向に傾斜した光入射面１０１Ａを有することで、図１（ａ）に示すように、光入射面１０１Ａでの反射光が入射光の経路から逸れ、よって、その経路にある光源ＬＳの動作が不安定になるのを防止できる。
【００３１】
また、例えば、図２（ｃ）に示すように、電気光学結晶ＥＯＭが縦方向、この場合、下方向に傾斜した光出射面１０１Ｂを有することで、図１（ａ）に示すように、光出射面１０１Ｂでの反射光（内部への反射光）が内部での光の経路から逸れ、よって、内部での光共振を防止でき、光検出器ＰＤ１やＰＤ２などに入射する光量と光源ＬＳに戻る光量に波長依存性が備わることに起因して検出動作や発振動作が不安定になることや温度ドリフトを防止することができる。
【００３２】
また、光入射面１０１Ａを縦方向に傾斜させたことで、図１（ｂ）に示すように、光入射面１０１Ａから入射した光がその際に横方向（ｘ方向）つまり電界印加方向に曲がるのが防止され  つまり、図２（ｂ）に示すように、電気光学変調素子ＥＯＭの電極間距離ｄが小さい場合や、図２（ｃ）に示すように、電気光学変調素子ＥＯＭの長さＬが長い場合でも、光入射面１０１Ａから入射した光が電極Ｐ１やＰ２などが設けられた側面に当たることを防止でき、これにより、電界検出モジュールの感度が低下するのを防止することができる。
【００３３】
また、光出射面１０１Ｂを縦方向に傾斜させたことで、図１（ｂ）に示すように、光出射面１０１Ｂでの反射光がその際に横方向（ｘ方向）つまり電界印加方向に曲がるのが防止され、よって、必要のない反射光を電極のない上面などから外部へ出射させることができる。
【００３４】
また、例えば、図２（ｃ）に示すように、光入射面１０１Ａと光出射面１０１Ｂとを互いに平行としたことで、電気光学変調素子ＥＯＭへの入射光と電気光学変調素子ＥＯＭからの出射光とを互いに平行とすることができるので、光源ＬＳ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１、１／４波長板ＱＷＰ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２、各光検出器ＰＤ１，ＰＤ２の高さ決めが容易になる。
【００３５】
なお、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１およびＰＢＳ２、１／４波長板ＱＷＰ、光検出器ＰＤ１およびＰＤ２は、電気光学変調素子ＥＯＭのリッジ部１０１のように、光を長く閉じこめておく部分がないので、図１（ｂ）に示すように、フレネル反射が生じる面を入射光の方向から若干横方向に傾け、これらの光学部品での反射光を横方向に逸らすことで、光の戻りを防止することが好ましい。
【００３６】
図３（ａ）は、電気光学変調素子ＥＯＭの側面図であり、図３（ｂ）〜図３（ｆ）は、これに代わって用いることができる他の５つの電気光学変調素子の側面図である。
【００３７】
本実施の形態では、図３（ａ）のように、上方向に傾斜した光入射面１０１Ａと下方向に傾斜した光出射面１０１Ｂを有する電気光学変調素子ＥＯＭに代えて、図３（ｂ）のように、上方向に傾斜した光入射面１０１Ａと傾斜していない光出射面１０１Ｂをリッジ部１０１に有する電気光学変調素子ＥＯＭを用いてもよい。
【００３８】
また、図３（ｃ）や図３（ｄ）のように、上方向に傾斜した光入射面１０１Ａと傾斜していない光出射面１０１Ｂを有する電気光学変調素子ＥＯＭを用いてもよい。
【００３９】
また、図３（ｅ）や図３（ｆ）のように、上方向に傾斜した光入射面１０１Ａと上方向に傾斜した光出射面１０１Ｂを有する電気光学変調素子ＥＯＭを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る電気光学変調素子ＥＯＭを用いた電界検出モジュールの側面図であり、図１（ｂ）は、その平面図である。
【図２】図４（ａ）は、図３の電界検出モジュールで用いられる電気光学変調素子ＥＯＭの斜視図であり、図４（ｂ）は、その光入射面を示す図であり、図４（ｃ）は、その側面図である。
【図３】本実施の形態に係る他の電気光学変調素子ＥＯＭの側面図である。
【図４】図４（ａ）は、かかる電界検出モジュールの側面図であり、図４（ｂ）は、その平面図である。
【図５】図５（ａ）は、図３の電界検出モジュールで用いられる電気光学変調素子ＥＯＭの斜視図であり、図５（ｂ）は、その光入射面を示す図であり、図５（ｃ）は、その側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  ＥＯ結晶
１０１  リッジ部
ＥＯＭ  電気光学変調素子
ＬＳ  光源
ＰＢＳ１，ＰＢＳ２  偏光ビームスプリッタ
ＰＤ１，ＰＤ２  光検出器
ＱＷＰ  １／４波長板
【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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