(57)【要約】本発明は、１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有する、鉛、亜鉛およびニオブを含有する光学電気セラミック材料を提供する。本発明はまた、１５５０ｎｍの波長および２０℃で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有する、鉛、亜鉛およびニオブを含有する光学電気セラミック材料を有してなる光学電気素子を提供する。本発明の材料および素子は、強度変調、位相変調、スイッチング、および偏光制御などの光通信用途において有用である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有することを特徴とする、ランタンを含有する亜鉛ニオブ酸鉛をベースとする光学電気セラミック材料。
【請求項２】
前記材料の伝搬損失が１５５０ｎｍの波長で約１．５ｄＢ／ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の電気光学セラミック材料。
【請求項３】
前記材料が、約３×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい１５５０ｎｍ、２０℃での二次の電気光学係数を有することを特徴とする請求項１または２記載の電気光学セラミック材料。
【請求項４】
さらにバリウムを含有することを特徴とする請求項１または２記載の電気光学セラミック材料。
【請求項５】
さらにチタンを含有し、
約０．２０と約０．５０の間の鉛陽イオン比、
約０．２６未満のバリウム陽イオン比、
約０．０５未満のランタン陽イオン比、
約０．０７と約０．１７の間の亜鉛陽イオン比、
約０．１５と約０．３３の間のニオブ陽イオン比、および
約０．０３と約０．２７の間のチタン陽イオン比
を有することを特徴とする請求項１または２記載の電気光学セラミック材料。
【請求項６】
化学式
Ｐｂ1-y-zＢａyＬａz［（ＺｎtＮｂ1-t）xＴｉ1-x］1-z/4Ｏ3+x/2-3xt/2-xz/8+3xtz/8
を有し、ここで、
ｘが約０．５と約０．９の間にあり、
ｙが約０．０５と約０．５の間にあり、
ｚが約０と約０．０５の間にあり、
ｔが約０．３０と約０．３６の間にあり、
１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有することを特徴とする請求項１または２記載の電気光学セラミック材料。
【請求項７】
１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有する、ランタンを含有する亜鉛ニオブ酸鉛ベースの電気光学セラミック材料を有してなることを特徴とする電気光学素子。
【請求項８】
前記電気光学セラミック材料の伝搬損失が１５５０ｎｍの波長で約１．５ｄＢ／ｃｍ未満であることを特徴とする請求項７記載の電気光学素子。
【請求項９】
前記電気光学セラミック材料が、１５５０ｎｍの波長、２０℃で約３×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有することを特徴とする請求項７または８記載の電気光学素子。
【請求項１０】
前記電気光学セラミック材料がさらにチタンを含有し、
該電気光学セラミック材料が、
約０．２０と約０．５０の間の鉛陽イオン比、
約０．２６未満のバリウム陽イオン比、
約０．０５未満のランタン陽イオン比、
約０．０７と約０．１７の間の亜鉛陽イオン比、
約０．１５と約０．３３の間のニオブ陽イオン比、および
約０．０３と約０．２７の間のチタン陽イオン比
を有することを特徴とする請求項７または８記載の電気光学素子。
【請求項１１】
前記電気光学セラミック材料が、化学式
Ｐｂ1-y-zＢａyＬａz［（ＺｎtＮｂ1-t）xＴｉ1-x］1-z/4Ｏ3+x/2-3xt/2-xz/8+3xtz/8
を有し、ここで、
ｘが約０．５と約０．９の間にあり、
ｙが約０．０５と約０．５の間にあり、
ｚが約０と約０．０５の間にあり、
ｔが約０．３０と約０．３６の間にあり、
１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有することを特徴とする請求項７または８記載の電気光学素子。
【請求項１２】
強度変調器、位相変調器、スイッチ、移相子、偏光制御装置、および様々な光減衰器からなる群より選択されることを特徴とする請求項７または８記載の電気光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信のための材料および素子に関し、より詳しくは、高い透明度および電気光学活性を有する電気光学セラミック材料並びにそのような材料を用いて構成された素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光スイッチや変調器の開発において、ここ三十年間で大きな進展が見られているが、現行の素子は全ての用途に満足しているわけではない。今日のシステムに用いられている、強度減衰器などの多くの能動光学素子は、電気機械的作動に基づく。あるタイプの従来の素子において、光ファイバは、端と端がつながれて配置され、ラインから機械的に出し入れされる。別のタイプの従来の素子において、ミラーが、ビームを受光ファイバに向けたり逸らしたりするために回転せしめられる。このことは、機械的に、もしくは圧電素子または静電素子により行うことができる。構成部材の動きに基づくデバイスは、切換時間が遅く、環境的または長期的な安定性が許容されないかもしれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した切換速度および安定性の問題の内のいくつかに対処するために、可動部品のない光学素子が設計されてきた。これらの素子は、液晶などの大きな動きなくして光学的性質を変えることのできる材料および電気光学結晶材料に依存する。液晶は、作動機構が電場の影響下での分子全体の回転であるので、比較的切換速度が遅い傾向にある。ＬｉＮｂＯ3などの電気光学結晶材料は、切換速度がずっと速いが、偏光依存性が非常に高い。
【０００４】
能動光学素子に使用するための特に有望な部類の材料は、電気光学セラミック材料である。電気光学セラミック材料は、一般に、強誘電性複合酸化物からなり、多結晶質である。個々の多結晶粒子の無作為な配向のために、電気光学セラミック材料は、電場のない状態では光学的に等方性である。電場のある状態では、電気光学セラミック材料は、電場の向きのほうがこの向きに対して垂直な向きよりも屈折率が低くなっている、異方性となる。これらの材料は、電場を制御することにより、等方性状態と異方性状態との間で切り換えられるであろう。電気光学用途での使用に関して、電気光学セラミック材料は、高い透明度、高い二次の電気光学係数および低い切換ヒステリシスを有することが望ましい。
【０００５】
ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）は、最も一般的な電気光学セラミック材料である。ＰＬＺＴ材料は、０．５μｍから７μｍの範囲の波長を有する光に対して実質的に透明であるように形成できる。ＰＬＺＴ組成物の性質は、鉛、ランタン、ジルコン酸塩およびチタン酸塩の相対量を調節することにより調整できる。例えば、化学式Ｐｂ0.91Ｌａ0.09（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）0.9775Ｏ3を有するＰＬＺＴ組成物は、二次の電気光学係数Ｒ＝９．２×１０-16ｍ2／Ｖ2を有するが、切換挙動における非常に高いヒステリシスおよび不十分な温度安定性を有し、高速の電気光学用途には適さない。ランタン濃度を増加させることにより、電気光学活性を犠牲にしてヒステリシスを改善することができる。例えば、Ｐｂ0.9025Ｌａ0.0975（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）0.975625Ｏ3を有するＰＬＺＴ組成物は、より低い二次の電気光学係数（室温でＲ≒２．５×１０-16ｍ2／Ｖ2）を有するが、光通信のための素子に使用するのに適した温度安定性およびヒステリシスを有する。ＰＬＺＴ材料には、非常に脆く、強靱性が低いという欠点もある。新規の電気光学セラミックを発見する試みにより、高い透明度、高い二次の電気光学係数、および低いヒステリシスを有する電気光学セラミック材料を提供することは概してうまくいっていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある実施の形態は、鉛、亜鉛およびニオブを含有する電気光学セラミック材料であって、１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有する電気光学セラミック材料に関する。
【０００７】
本発明の別の実施の形態は、鉛、亜鉛およびニオブを含有する電気光学セラミック材料であって、１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有し、さらにチタンを含有し、約０．２０と約０．５０の間の鉛陽イオン比、約０．２６未満のバリウム陽イオン比、約０．０５未満のランタン陽イオン比、約０．０７と約０．１７の間の亜鉛陽イオン比、約０．１５と約０．３３の間のニオブ陽イオン比、および約０．０３と約０．２７の間のチタン陽イオン比を有する電気光学セラミック材料に関する。
【０００８】
本発明の別の実施の形態は、鉛、亜鉛およびニオブを含有する電気光学セラミック材料であって、１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有し、化学式
Ｐｂ1-y-zＢａyＬａz［（ＺｎtＮｂ1-t）xＴｉ1-x］1-z/4Ｏ3+x/2-3xt/2-xz/8+3xtz/8を有し、ｘが約０．５と約０．９の間にあり、ｙが約０．０５と約０．５の間にあり、ｚが約０と約０．０５の間にあり、ｔが約０．３０と約０．３６の間にある電気光学セラミック材料に関する。
【０００９】
本発明の別の実施の形態は、鉛、亜鉛およびニオブを含有する電気光学セラミック材料を有してなる電気光学素子であって、電気光学セラミック材料が１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有するものである電気光学素子に関する。
【００１０】
本発明の別の実施の形態は、鉛、亜鉛およびニオブを含有する電気光学セラミック材料を有してなる電気光学素子であって、電気光学セラミック材料が１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有し、電気光学セラミック材料がさらにチタンを含み、電気光学セラミック材料が約０．２０と約０．５０の間の鉛陽イオン比、約０．２６未満のバリウム陽イオン比、約０．０５未満のランタン陽イオン比、約０．０７と約０．１７の間の亜鉛陽イオン比、約０．１５と約０．３３の間のニオブ陽イオン比、および約０．０３と約０．２７の間のチタン陽イオン比を有するものである電気光学素子に関する。
【００１１】
本発明の材料および素子により、従来の材料および素子より優れた数多くの利点が得られる。本発明の材料は、広い波長範囲に亘る高い透明度および高い二次の電気光学係数を有する。本発明の材料は、製造のために、ＰＬＺＴが要するよりも低い温度しか要しない。本発明の材料は低いヒステリシスを有し、これにより通信用途の電気光学素子に使用するのに適したようになる。本発明のさらに別の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明白であり、もしくは、その説明および特許請求の範囲、並びに添付の図面に述べられたように本発明を実施することにより、認識されるであろう。
【００１２】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に本発明の例示であり、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解する上での概要または構成を提供することを意図したものであることが理解されよう。
【００１３】
添付の図面は、本発明をさらに理解するために含まれ、本発明に包含され、その一部を構成する。図面は必ずしも一定の縮尺にない。図面は、本発明の一つ以上の実施の形態を示し、説明と一緒になって、本発明の原理および動作を説明するように働く。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、透過度が高く、二次の電気光学係数が高く、ヒステリシスが小さい電気光学セラミック材料を提供する。本発明の電気光学セラミック材料は、１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有する、亜鉛ニオブ酸鉛ベースのセラミックである。本発明の電気光学セラミック材料は、変調器、スイッチ、移相子、偏光制御装置、および様々な光減衰器などの電気光学素子の製造に有用である。
【００１５】
電気光学材料は、電場の存在下でその複屈折を変化させる材料である。電気光学素子中の電気光学材料の有用性は、大部分、その電気光学係数の大きさに依存する。電場の存在下での電気光学材料の複屈折Δｎは、方程式
【数１】
2005526991.tif 000003
【００１６】
により表すことができ、ここで、Δｎ0は電場のない状態での材料の複屈折であり、ｎは材料の普通の屈折率であり、Ｅは印加される電場の大きさであり、γは一次の電気光学係数であり、Ｒは二次の電気光学係数である。本発明の電気光学セラミック材料は等方性であるので、Δｎ0およびγは実質的にゼロであり、電気光学活性が二次の電気光学係数に比例する。ここに記載された亜鉛ニオブ酸鉛の電気光学セラミック材料は、約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい、好ましくは、約３×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい、１５５０ｎｍの波長および２０℃での二次の電気光学係数Ｒを有する。
【００１７】
電気光学活性は重要であるが、電気光学活性の高い材料は、関心のある波長で十分に透明ではない場合、役に立たなくなる。通信用波長での透明度は、本発明の電気光学セラミック材料の重要な特徴である。以下により詳しく説明されるように、本発明の電気光学セラミック材料は、当業者により、非常に緻密に、かつ散乱空隙および望ましくない不純物相が比較的ないように形成できる。本発明の電気光学セラミック材料は、１５５０ｎｍで約３ｄＢ／ｃｍ未満、好ましくは、１．５ｄＢ／ｃｍ未満、より好ましくは、約１．０ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失を有する。
【００１８】
本発明のある態様において、電気光学セラミック材料は、鉛、亜鉛、ニオブおよびチタンを含有し、バリウムおよび／またはランタンを含むことが好ましい。個々の原子種の相対量は、陽イオン比により表してもよい。ここに用いているように、陽イオンは、正の形式電荷を担持している任意の原子種である。例えば、チタン原子は本発明の組成物において多原子チタン陰イオン（ＴｉＯ32-）の一部であるが、チタン原子自体は＋４の形式電荷を有し、したがって、ここでは陽イオンと考えられる。特定の原子種の陽イオン比は、陽イオン原子の総数に対する特定の原子種の原子の数の比である。例えば、電気光学セラミック材料
Ｐｂ0.83Ｂａ0.15Ｌａ0.02［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.7Ｔｉ0.3］0.995Ｏ3
に関して、陽イオン比は以下のように計算される：
鉛陽イオン比＝0.83/[0.83+0.15+0.02+((1/3+2/3)*0.7+0.3)*0.995]＝0.416
バリウム陽イオン比＝0.15/[0.83+0.15+0.02+((1/3+2/3)*0.7+0.3)*0.995]＝0.075
ランタン陽イオン比＝0.02/[0.83+0.15+0.02+((1/3+2/3)*0.7+0.3)*0.995]＝0.010
亜鉛陽イオン比＝[1/3*0.7*0.995]/[0.83+0.15+0.02+((1/3+2/3)*0.7+0.3)*0.995]＝0.116
ニオブ陽イオン比＝[2/3*0.7*0.995]/[0.83+0.15+0.02+((1/3+2/3)*0.7+0.3)*0.995]＝0.232
チタン陽イオン比＝[0.3*0.995]/[0.83+0.15+0.02+((1/3+2/3)*0.7+0.3)*0.995]＝0.150
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態において、電気光学セラミック材料は、約０．２０と約０．５０の間の鉛陽イオン比、約０．２６未満のバリウム陽イオン比、約０．０５未満のランタン陽イオン比、約０．０７と約０．１７の間の亜鉛陽イオン比、約０．１５と約０．３３の間のニオブ陽イオン比、および約０．０３と約０．２７の間のチタン陽イオン比を有する。この電気光学セラミック材料は、約０．３７と約０．４５の間の鉛陽イオン比を有していてもよい。この電気光学セラミック材料は、約０．０４と約０．１１の間のバリウム陽イオン比を有していてもよい。この電気光学セラミック材料は、約０．０１と約０．０４の間のランタン陽イオン比を有していてもよい。この電気光学セラミック材料は、約０．１０と約０．１５の間の亜鉛陽イオン比を有していてもよい。この電気光学セラミック材料は、約０．２０と約０．２９の間のニオブ陽イオン比を有していてもよい。この電気光学セラミック材料は、約０．０７と約０．１８の間のチタン陽イオン比を有していてもよい。
【００２０】
本発明の電気光学セラミック材料において、各結晶粒子がペロブスカイト構造を有することが望ましい。図１に示すペロブスカイト構造は、大きな陽イオン（例えば、Ｐｂ2+、Ｌａ3+、Ｂａ2+）および陰イオン（例えば、Ｏ2-）が立方最密（ｃｃｐ）アレイを形成し、小さな陽イオン（例えば、Ｚｎ2+、Ｎｂ5+、Ｔｉ4+）が陰イオンにより排他的に形成された八面体孔を占めている単位格子を有する。亜鉛ニオブ酸鉛の電気光学セラミック材料の所望のペロブスカイト相を安定化させるために、バリウムを、約０．０３と約０．２６の間のバリウム陽イオン比で含有することが望ましいであろう。あるいは、当業者は、当業者に馴染みのある他のペロブスカイト安定化元素を使用してもよい。電気光学セラミック材料の熱安定性、密度、等方性および電気光学活性を改善するために、ランタンを、約０．００５と約０．０５の間のランタン陽イオン比で含有することが望ましいであろう。当業者に馴染みのある方法により性質をさらに調整するために、少量の他の陽イオンを本発明の電気光学セラミックに含んでもよい。
【００２１】
本発明の好ましい電気光学セラミックは、一般化学式
Ｐｂ1-y-zＢａyＬａz［（ＺｎtＮｂ1-t）xＴｉ1-x］1-z/4Ｏ3+x/2-3xt/2-xz/8+3xtz/8
により表してもよく、ここで、ｘが約０．５と約０．９の間にあり、ｙが約０．０５と約０．５の間にあり、ｚが約０と約０．０５の間にあり、ｔが約０．３０と約０．３６の間にある。本発明の特に好ましい電気光学セラミック材料において、ｘは約０．６５と約０．８５の間にあり、ｙは約０．１と約０．２の間にあり、ｚは約０．０２と約０．０４の間にあり、ｔは約０．３２と約０．３４の間にある。
【００２２】
本発明の電気光学セラミック材料は、当業者に馴染みのある方法により製造されるであろう。様々な無機化合物を出発材料として用いてよい。例えば、所望の金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩またはアルコキシドを用いて、本発明のセラミックを形成してよい。一般に、所望のセラミック化学量論量を有する不透明粉末を最初に調製し、乾燥させる。例えば、以下に実施例１に示すように、本発明の材料の粉末を製造するのに混合酸化物法を用いてもよい。化学的共沈技法および他のより進歩した技法などの他の方法を用いて、粉末を調製してもよい。粉末は、緻密化する前に、必要に応じて、例えば、コールドプレスにより、不透明粉末プリフォームに形成してもよい。
【００２３】
次いで、不透明粉末または粉末プリフォームを、本発明のセラミック材料を形成するための当業者に馴染みのある方法により緻密化してよい。例えば、粉末プリフォームをホットプレスして、以下に実施例１に記載したように、緻密で透明なペロブスカイト構造のセラミックを形成してもよい。ホットプレス温度、加える圧力、周囲条件および加工時間などの重要な加工パラメータは当業者により決められるであろう。真空焼結、静水圧プレス成形、熱間等方圧プレス、もしくは他のプレスまたは焼結法などの他の緻密化技法を当業者が用いて、本発明の透明セラミックを形成してもよい。
【００２４】
ヒステリシスは、外面的に変更されるパラメータの履歴への材料の状態の依存性である。例えば、大きいヒステリシスを示す電気光学セラミック材料において、場により誘発される状態（例えば、偏光、複屈折）は、場の大きさだけでなく、場の履歴（例えば、場の増加または減少の速度）にも依存する。本発明の電気光学セラミック材料は、ヒステリシスが非常にわずかしかない。これらの材料において、ヒステリシスは、材料中の強誘電性領域の壁を置き換えるのに必要な作業の尺度である。ヒステリシスは、結晶中の欠陥分布および異なる配向状態を隔てるエネルギーバリヤの両方に密接に関連する。高いヒステリシスは光メモリ素子にとって望ましく、一方で、低いヒステリシスは光変調および光スイッチング用途にとって望ましい。電気光学セラミック材料が、素子がフィードバック制御または外部加熱を必要とせずに操作されるように室温で低いヒステリシスを有することが特に望ましい。本発明の材料は、いわゆる「スリム・ループ」ヒステリシス挙動を示す。
【００２５】
本発明の電気光学セラミック材料は、通信のための電気光学素子の構成に有用である。本発明の別の態様は、１５５０ｎｍの波長で約３ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失および２０℃での約１×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい二次の電気光学係数を有する亜鉛ニオブ酸鉛ベースの光学電気セラミック材料を有してなる電気光学素子である。この電気光学材料は、約１．５ｄＢ／ｃｍ未満の伝搬損失、および約３×１０-16ｍ2／Ｖ2より大きい２０℃での二次の電気光学係数を有する。この素子に用いられる電気光学セラミック材料は、上述した組成を有しているであろう。この電気光学セラミック材料は、例えば、約０．２０と約０．５０の間の鉛陽イオン比、約０．２６未満のバリウム陽イオン比、約０．０５未満のランタン陽イオン比、約０．０７と約０．１７の間の亜鉛陽イオン比、約０．１５と約０．３３の間のニオブ陽イオン比、および約０．０３と約０．２７の間のチタン陽イオン比を有してよい。
【００２６】
本発明の電気光学素子は、例えば、強度変調器、位相変調器、スイッチ、移相子、偏光制御装置、または様々な光減衰器であってよい。本発明の電気光学セラミック材料を用いて構成されるであろう例示としての電気光学素子が、米国特許第６１３７６１９号および同第６３３００９７号の各明細書に記載されている。本発明の電気光学素子は、ＰＬＺＴなどの他の電気光学材料に基づく素子を製造するための公知の技法にしたがって構成されるであろう。
【００２７】
本発明の例示を意図した以下の非限定的実施例により、本発明をさらに明確にする。
【００２８】
（実施例１）
以下のように、コロンバイト前駆体−混合酸化物法を用いて、化学式
Ｐｂ0.83Ｂａ0.15Ｌａ0.02［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.7Ｔｉ0.3］0.995Ｏ3
を有する電気光学セラミック材料を調製した。
【００２９】
酸化鉛(II)、炭酸バリウム、酸化ランタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ(V)、および酸化チタン(IV)の粉末を出発材料として用いた。酸化亜鉛と酸化ニオブ(V)の粉末（合計で７６．５ｇ）を所望のセラミックの化学量論量に相当する量で組み合わせ、１７５ｍｌの水と混合して、スラリーを調製した。このスラリーを、１０００ｍｌのジャー中の７５０ｇのアルミナシリンダを用いて約３０分間に亘りボールミル粉砕し、９０℃で乾燥させ、約４時間に亘り１０００℃で焼成した。このように得られた固体を、化学量論的に所望の量の酸化鉛(II)（１７９．９ｇ）、炭酸バリウム（２７．５ｇ）、酸化ランタン（３．１ｇ）、および酸化チタン(IV)（２２．６ｇ）と混合した。わずかに過剰の（約２重量％）の酸化鉛(II)を加えて、加工中の鉛の蒸発の作用の影響を弱めた。組み合わされた粉末は、３００ｍｌの水および１５００ｇのアルミナシリンダを含む２０００ｍｌのジャー中において３０分間に亘りボールミル粉砕により混合した。このように得られたスラリーを９０℃で乾燥させ、４時間に亘り９００℃でアルミナ坩堝中でか焼した。このように得られたか焼された粉末を、粉砕媒体としてアルミナシリンダ（１５００ｇ）を用いて、３００ｍｌのトリクロロエチレンまたはアセトンを含むポリエチレン製ジャー内で１６時間に亘りボールミル粉砕した。このように得られたスラリーを８５℃で乾燥させた。７００℃での１時間のアニーリング工程を用いて、粉末中に残っている有機残留物を除去した。得られた粉末のＸ線回折スペクトルが図２に示されている。このスペクトルは、合成した粉末が実質的に純粋なペロブスカイト構造を有することを示している。ステンレス鋼製の成形型内で２０００ｐｓｉ（１３．７９３ＭＰａ）の圧力で粉末をプレスすることにより、不透明のシリンダ形粉末プリフォーム（５．１ｃｍの長さ、３．２ｃｍの直径）を形成した。
【００３０】
図３に示したように、粉末プリフォーム１８を、高純度アルミナ管２１で内側が覆われた円筒形炭化ケイ素成形型２０中に装填した。炭化ケイ素成形型は、４．５ｃｍの内径を有し、アルミナ製台座２２上に置かれている。二枚のジルコニウムディスク２３および高純度酸化マグネシウム粉末２４を用いて、プリフォームを成形型、台座、および直径４．５ｃｍのアルミナ製頂部プレスロッド２６から隔てた。全体の組立体を、カリフォルニア州、サンタローザ所在のサーマル・テクノロジー社(Thermal Technology Inc.)からの１０トンホットプレスである、ホットプレス装置内に搭載し、アルミナ製頂部プレスロッドをプッシュロッド２８に連結した。ホットプレス装置のチャンバを約３００ｍＴｏｒｒ（４０Ｐａ）まで排気し、チャンバ内の温度を約５℃／分の速度で加熱した。温度が６５０℃に到達したときに、酸素を３ｐｓｉ（２０．６９ｋＰａ）の圧力でチャンバ内に導入した。この酸素の圧力を、残りのプロセス中ずっと維持した。温度が７５０℃に到達したときに、プレスロッドを作動させて、２０００ｐｓｉ（１３．７９３ＭＰａ）の圧力でプリフォームをプレスした。プリフォームを１６時間に亘り１１５０℃でプレスした。プレスされたスラッグを無視してよい圧力でプレス内において室温まで冷却した。
【００３１】
このスラッグを成形型から取り出し、スライスし、研磨した。図４は、Ｐｂ0.83Ｂａ0.15Ｌａ0.02［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.7Ｔｉ0.3］0.995Ｏ3の１．３ｍｍ厚のスライスの透過スペクトルを示している。この試料の透過率は、１３００ｎｍから１８００ｎｍの波長範囲に亘り約７０％である。材料の伝搬損失は、方程式
【数２】
2005526991.tif 000004
【００３２】
を用いて透過率から計算してもよい。１５５０ｎｍで、この材料の屈折率は約２．３であるので、この材料の伝搬損失は約１ｄＢ／ｃｍ未満である。本発明のセラミックの透明度は、従来のＰＬＺＴ材料の透明度に匹敵する。
【００３３】
Ｐｂ0.83Ｂａ0.15Ｌａ0.02［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.7Ｔｉ0.3］0.995Ｏ3の小さな試料（５ｍｍ×５ｍｍ×０．７ｍｍ）を、ニッケル電極でのコーティングによる誘電測定のために調製した。誘電定数は、カリフォルニア州、サニーベール所在のスタンフォード・リサーチ・システムズ(Stanford Research Systems)社からのModel SR720 LCRを用いて、環境チャンバ（ペンシルベニア州、ウィリアムズポート所在のテニー・エンバイロメンタル(Tenney Environmental)社）内で測定した。この材料についての異なる周波数と温度での誘電定数が図５に示されている。１Ｖ／μｍの電場での室温の分極は１８．７μＣ／ｃｍ2であり、同じ条件下でのＰＬＺＴのものよりも高い（１３．５μＣ／ｃｍ2）。
【００３４】
（実施例２）
実施例１のＰｂ0.83Ｂａ0.15Ｌａ0.02［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.7Ｔｉ0.3］0.995Ｏ3材料の二次の電気光学係数を、図６に示した実験の構成設備を用いて測定した。ファイバ・ピグテールを持つ１５５０ｎｍのレーザ・ダイオード４０からの光を、ＧＲＩＮレンズ４２を用いて平行にし、入力偏光子４４に通過させた。電源４９により電場を試料に印加するために、電極４６を、研磨した試料４８の対向する面に付着させた。試料を、光路の方向に対して垂直に印加した電波の方向に、ビームの偏光に対して４５°の角度で光路内に配置した。光を、試料から現れた後、入力偏光子４４の偏光軸に対して垂直に設定された偏光軸を有する出力偏光子５０に通過させた。出力偏光子から現れた光を、ＧＲＩＮレンズ５２を用いて検出器のファイバ５４中に結合させ、光検出器５６により検出した。この構成設備の自由空間部分を、温度制御された環境チャンバ５８内に配置した。コンピュータ６０を用いて、印加された電場を制御し、温度データと光学データを収集した。当業者により、システムに機能発生器およびオシロスコープ（図示せず）を組み込んだ場合、そのシステムを応答速度の測定に用いてもよい。
【００３５】
電場が印加されていないとき、試料はビームの偏光に影響を与えない。したがって、交差した偏光子の作用のために、検出器に光は到達しない。印加された電場が増加するにつれ、電気光学作用のために、試料は複屈折となり、ビームの偏光を回転させる。電圧Ｖπでは、ビームの偏光は、第二の偏光子の偏光軸に対して平行になるのに十分なほど試料により回転されられ、検出された信号の強度を最大にする。材料の元々の複屈折（Δｎ0）および一次の電気光学係数γがゼロであるとすると、二次の電気光学係数Ｒは、方程式
【数３】
2005526991.tif 000005
【００３６】
により計算され、ここで、ｄは電極間の距離（すなわち、試料の幅）であり、ｎは波長λでの試料の屈折率であり、Ｌは試料中のビームの光路長である。
【００３７】
Ｐｂ0.83Ｂａ0.15Ｌａ0.02［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）0.7Ｔｉ0.3］0.995Ｏ3の試料を、両面が研磨された１．２６ｍｍ厚のウェハーから切断した。これらの試料は、幅が０．６１ｍｍであり、高さが２．５ｍｍであった。各試料の平行な側面を研磨し、３分間に亘りプラズマエッチングし、次いで、Ｐｔ／Ａｕ電極を被覆した（２５０Å／２５００Å）。試料を、１時間に亘り２００℃でアニーリングし、さらに１時間に亘り１００℃でアニーリングして、試料調製工程で生じた内部応力を減少させた。上述した方法にしたがって、試料の二次の電気光学係数が、３．６×１０-16ｍ2／Ｖ2であると測定された。
【００３８】
（実施例３）
化学式
Ｐｂ1-y-zＢａyＬａz［（ＺｎtＮｂ1-t）xＴｉ1-x］1-z/4Ｏ3+x/2-3xt/2-xz/8+3xtz/8
を有する以下の電気光学セラミック材料を、実施例１の方法により調製した。これらの材料は、光通信用デバイスの使用に関して許容される透明度を示した。これらのこれらの組成をグラフで表したものが、図７に示されている。
【表１】
2005526991.tif 000006
【００３９】
実施例３ｃおよび３ｄの材料の１．４４ｍｍ厚のスラブの透過スペクトルが図８に示されている。実施例３ｄの材料の二次の電気光学係数対温度のプロットは、実施例２により収集し、図９に示されている。
【００４０】
本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の様々な改変および変更を行えることが当業者には明らかであろう。それゆえ、本発明の改変および変更が添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるとすれば、本発明はそれらを包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】一般的なペロブスカイト構造の概略図
【図２】本発明の実施の形態の緻密化されていない粉末のＸ線回折スペクトル
【図３】本発明の電気光学セラミックを製造するために使用されるホットプレス構成設備の概略図
【図４】本発明のある実施の形態の電気光学セラミック材料の透過スペクトル
【図５】本発明の電気光学セラミック材料に関する異なる周波数と温度での誘電定数のグラフ
【図６】電気光学係数を測定するのに用いた実験構成設備の概略図
【図７】実施例３の組成を示すグラフ
【図８】本発明のある実施の形態の二種類の電気光学組成物の透過スペクトル
【図９】本発明のある実施の形態の電気光学セラミック材料に関する電気光学係数対温度のグラフ
【符号の説明】
【００４２】
１８    粉末プリフォーム
２０    炭化ケイ素成形型
２２    アルミナ台座
２４    酸化マグネシウム粉末
２６    プレスロッド
２８    プッシュロッド
４０    レーザダイオード
４２、５２    ＧＲＩＮレンズ
４４    入力偏光子
４６    電極
４８    試料
４９    電源
５０    出力偏光子
５４    検出ファイバ
５６    検出器
５８    環境チャンバ
６０    コンピュータ
【図１】
2005526991.tif 000007
【図２】
2005526991.tif 000008
【図３】
2005526991.tif 000009
【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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【国際調査報告】
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