(57)【要約】【課題】  非等方性媒質のＥＯ結晶を用いたときでも光の偏光状態をバランスさせて温度依存性をなくすことができる電気光学変調素子を提供する。【解決手段】  電気光学結晶の主屈折率を半径とした屈折率楕円体との共通部分３が円となる平面に対して平行な光入射面に対し垂直に光を入射させる場合は、光は、図５の円の半径に相当する主屈折率ｂにより、Ｘ軸方向とｙ軸方向とで均等に変化する。換言すれば、複屈折率が生じないので偏光状態がアンバランスになるのを防止できる。また、温度依存性をなくすことができる。【選択図】図５
2006058361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折性を有する電気光学結晶と、該電気光学結晶に電界を結合させるための一対の電極とを有し、この一対の電極に電気信号を与えたときの電界の結合によって生じる複屈折率により、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であって、
前記光が垂直に入射する光入射面であって、前記電気光学結晶の主屈折率を半径とした屈折率楕円体との共通部分が円となる平面に対して平行な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】
前記共通部分が前記屈折率楕円体の中心点を含む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】
前記電気光学結晶が点群３ｍ型の結晶であり、前記光入射面が００１面であり、前記一対の電極の少なくとも一部が１００面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電気光学変調素子。
【請求項４】
前記点群３ｍ型の結晶がＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３であることを特徴とする請求項３記載の電気光学変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非等方性媒質の電気光学（Electro-Optic、以下、適宜ＥＯと略す)結晶を用いたときでも光の偏光状態をバランスさせて温度依存性をなくすことができる電気光学変調素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＥＯ結晶を用いたＥＯ変調素子は、光変調器や電圧センサとして幅広く利用されており、年々その重要性が高まっている。
【０００３】
ＥＯ変調素子では、電界の結合でＥＯ結晶の複屈折率が変化することを利用し、こうして複屈折率が変化したＥＯ結晶に光を入射させて光の位相を変化させる。
【特許文献１】特許３５０７００７号公報
【特許文献２】特許３５０７００８号公報
【特許文献３】特開２００３−９８２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＯ変調素子に用いるＥＯ結晶は、等方性媒質であることが望ましいが、一般には、ＥＯ効果の高いＥＯ結晶は、非等方性媒質であることが多い。例えば、多くの光変調器に用いられるＬｉＮｂＯ３は非等方性媒質である。非等方性媒質は複屈折性を有するので、例えば、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とが等しい、いわゆるバランスされた直線偏光を入射した場合、電界を結合しなくても、その偏光状態がアンバランスになる（どちらかの成分が大きくなる）。また、そのときには光の偏光状態がＥＯ結晶の温度に依存することとなる。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、非等方性媒質のＥＯ結晶を用いたときでも光の偏光状態をバランスさせて温度依存性をなくすことができる電気光学変調素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１の本発明は、複屈折性を有する電気光学結晶と、該電気光学結晶に電界を結合させるための一対の電極とを有し、この一対の電極に電気信号を与えたときの電界の結合によって生じる複屈折率により、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であって、前記光が垂直に入射する光入射面であって、前記電気光学結晶の主屈折率を半径とした屈折率楕円体との共通部分が円となる平面に対して平行な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。
【０００７】
請求項２の本発明は、前記共通部分が前記屈折率楕円体の中心点を含む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。
【０００８】
請求項３の本発明は、前記電気光学結晶が点群３ｍ型の結晶であり、前記光入射面が００１面であり、前記一対の電極の少なくとも一部が１００面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電気光学変調素子をもって解決手段とする。
【０００９】
請求項４の本発明は、前記点群３ｍ型の結晶がＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３であることを特徴とする請求項３記載の電気光学変調素子をもって解決手段とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電気光学変調素子によれば、光が垂直に入射する光入射面であって、電気光学結晶の主屈折率を半径とした屈折率楕円体との共通部分が円となる平面に対して平行な光入射面を有することで、非等方性媒質のＥＯ結晶を用いたときでも複屈折性が生じないようにでき、よって温度依存性をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係るＥＯ変調素子に用いるＥＯ結晶の主屈折率を半径とした屈折率楕円体１、並びに任意の光入射面に平行な面と屈折率楕円体１との共通部分２を示す図であり、図２は、共通部分２をその法線ｄ２の方向から見た図である。図１では、屈折率楕円体１とこの屈折率楕円体１を規定するｘ−ｙ平面で切ったときの切り口９を合わせて示す。なお、図１では、共通部分２は、屈折率楕円体１の中心点を含んでいるが本発明はかかる点に限定されない。後述する図６および図７の場合も同様である。
【００１３】
ＥＯ結晶として一般に用いられる非等方性媒質は、３つの結晶軸つまり、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向のそれぞれに固有の屈折率ａ，ｂ，ｃを有しており、各屈折率は主屈折率を称される。また、屈折率楕円１は、式（１）で定義される。
【数１】
2006058361.tif 000003
【００１４】
主屈折率ａ、ｂ、ｃの内の２つは少なくとも異なっており、つまり、非等方性媒質は複屈折性を有している。例えば、ａ＞ｂ＞ｃとしたときの屈折率楕円体１は、図１に示すようになる。
【００１５】
共通部分２は、任意の光の入射面と屈折率楕円体１との共通部分なので、共通部分２を法線ｄ２の方向から見たときは一般的には楕円に見える。また、光を光入射面に対し垂直に入射させる場合は、共通部分２の法線ｄ２の方向が光の進行方向になる。
【００１６】
よって、かかる光の偏光状態は、図２の楕円の各半径α、βに相当する各主屈折率の差、すなわち複屈折率の影響を受けてアンバランスになる。
【００１７】
図３は、屈折率楕円体１、ｘ軸、ｚ軸を角度θだけ回転させたＸ軸、Ｚ軸、並びにＸ軸およびｙ軸を含む光入射面と屈折率楕円体１との共通部分３を示す図である。図４は、ｙ軸の方向から見た屈折率楕円体１および各軸を示す図である。
【００１８】
Ｘ軸およびｙ軸を含む光入射面と屈折率楕円体１との共通部分３は、一般には、楕円であるが、角度θを０＜θ≦πの範囲で変化させると、式（２）のθｃとなる２箇所で、円となる。
【数２】
2006058361.tif 000004
【００１９】
図５は、角度θがθｃのときの共通部分３をその法線の方向から見た図である。
【００２０】
光を光入射面に対し垂直に入射させる場合は、共通部分３の法線の方向（Ｚ軸の方向）が光の進行方向になるので、ＥＯ結晶に電界を結合しないときの光の偏光状態は、図５の円の半径に相当する主屈折率ｂにより、Ｘ軸方向とｙ軸方向とで均等に変化する。換言すれば、複屈折率が生じないので偏光状態がアンバランスになるのを防止できる。また、複屈折率が生じないので、温度依存性をなくすことができる。
【００２１】
図６は、主屈折率ｃとｂとが等しい屈折率楕円体１ｂと、ｚ軸およびｙ軸を含む光入射面と屈折率楕円体１ｂとの共通部分４とを示す図である。
【００２２】
非等方性媒質の中には、ａ＞ｂ＝ｃを満たすものがあるが、式（２）から、共通部分４が円となるのは１箇所であることがわかる。つまり、ｚ軸およびｙ軸を含む面を、光を光入射面に対し垂直に入射させる場合の光入射面とすれば共通部分４が円となり、このときには、複屈折率が生じないので偏光状態がアンバランスになるのを防止できる。また、複屈折率が生じないので温度依存性をなくすことができる。
【００２３】
図７は、主屈折率ａとｂとが等しい屈折率楕円体１ｃと、ｘ軸およびｙ軸を含む光入射面と屈折率楕円体１ｃとの共通部分５とを示す図である。
【００２４】
非等方性媒質の中には、ａ＝ｂ＞ｃを満たすものがあるが、式（２）から、共通部分５が円となるのも１箇所であることがわかる。つまり、ｘ軸およびｙ軸を含む面を、光を光入射面に対し垂直に入射させる場合の光入射面とすれば、共通部分５が円となり、このときには、複屈折率が生じないので偏光状態がアンバランスになるのを防止できる。また、複屈折率が生じないので温度依存性をなくすことができる。
【００２５】
図８は、本発明の実施の形態に係るＥＯ変調素子１００の斜視図である。図９は、ＥＯ変調素子１００とは形状が異なるＥＯ変調素子２００の斜視図である。図１０は、ＥＯ変調素子２００を光の入射方向から見た図である。
【００２６】
各ＥＯ変調素子１００、２００は、ＥＯ結晶１０１と、該ＥＯ結晶１０１に電界を結合させるための一対の電極１０２，１０３とを有している。
【００２７】
また、各ＥＯ変調素子１００、２００は、ＥＯ結晶１０１の主屈折率を半径とした屈折率楕円体との共通部分が円となる平面に対して平行な光入射面１０４を備える。
【００２８】
ここで、ＥＯ結晶１０１をＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３とに代表されるような点群３ｍ型の結晶とすることができる。また、光入射面１０４を００１面とすることができる。また、各電極１０２，１０３の少なくとも一部を１００面に形成することができる。
【００２９】
かかる構成のＥＯ変調素子１００では、ＥＯ結晶１０１の主屈折率を半径とした屈折率楕円体との共通部分が円となる平面に対して平行な光入射面１０４を備えるので、ＥＯ結晶１０１に電界が結合していないときに光の偏光状態がアンバランスになるのを防止できる。また、複屈折率が生じないので温度依存性をなくすことができる。
【００３０】
一方、一対の電極１０２，１０３に電気信号を与えたときには、ＥＯ結晶１０１内に電界が結合し、これにより複屈折率が生じ、よって、ＥＯ結晶１０１に入射した光の位相を変化させることができる。
【００３１】
なお、上記説明した実施の形態では、光が垂直に入射する光入射面であって、屈折率楕円体との共通部分が円となる平面に対して平行な入射面を設けることで、課題の解決を図ったが、ＥＯ結晶内を伝搬する光の等位相波面に対して平行な面と屈折率楕円との共通部分が円となるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係るＥＯ変調素子に用いるＥＯ結晶の主屈折率を半径とした屈折率楕円体１、並びに任意の光入射面と屈折率楕円体１との共通部分２を示す図である。
【図２】共通部分２を法線ｄ２の方向から見た図である。
【図３】屈折率楕円体１、ｘ軸、ｚ軸を角度θだけ回転させたＸ軸、Ｚ軸、並びにＸ軸およびｙ軸を含む光入射面と屈折率楕円体１との共通部分３を示す図である。
【図４】図４は、ｙ軸の方向から見た屈折率楕円体１および各軸を示す図である。
【図５】角度θがθｃのときの共通部分３をその法線ｄ３の方向から見た図である。
【図６】主屈折率ｃとｂとが等しい屈折率楕円体１ｂと、ｚ軸およびｙ軸を含む光入射面と屈折率楕円体１ｂとの共通部分４とを示す図である。
【図７】主屈折率ａとｂとが等しい屈折率楕円体１ｃと、ｘ軸およびｙ軸を含む光入射面と屈折率楕円体１ｃとの共通部分５とを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るＥＯ変調素子１００の斜視図である。
【図９】ＥＯ変調素子１００とは形状が異なるＥＯ変調素子２００の斜視図である。
【図１０】ＥＯ変調素子２００を光の入射方向から見た図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１ｂ，１ｃ  屈折率楕円体
２，３，４  屈折率楕円体と光入射面に平行な面との共通部分
１００，２００  ＥＯ変調素子
１０１  ＥＯ結晶
１０２，１０３  電極
【図１】
2006058361.tif 000005
【図２】
2006058361.tif 000006
【図３】
2006058361.tif 000007
【図４】
2006058361.tif 000008
【図５】
2006058361.tif 000009
【図６】
2006058361.tif 000010
【図７】
2006058361.tif 000011
【図８】
2006058361.tif 000012
【図９】
2006058361.tif 000013
【図１０】
2006058361.tif 000014