(57)【要約】【課題】  還元処理を施すことなく、かつ、不純物を添加することなく、波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料を提供すること。【解決手段】  波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する本発明の強誘電体材料は、Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９６６〜０．４９９５の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶である。好ましくは、強誘電体材料は、Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９７４〜０．４９８９の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶である。好ましくは、［ＯＨ］伸縮モードにおける赤外吸収係数が０ｃｍ-1〜０．１５ｃｍ-1の範囲（但し、０ｃｍ-1および０．１５ｃｍ-1を含む）である。【選択図】  図３
2004300015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料であって、
前記強誘電体材料はＬｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９６６〜０．４９９５の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする強誘電体材料。
【請求項２】
前記強誘電体材料はＬｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９７４〜０．４９８９の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体材料。
【請求項３】
前記タンタル酸リチウム単結晶に含有されるプロトン濃度は［ＯＨ］伸縮モードにおける赤外吸収係数が０ｃｍ-1〜０．１５ｃｍ-1の範囲（但し、０ｃｍ-1および０．１５ｃｍ-1を含む）となる濃度であることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体材料。
【請求項４】
波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料を用いた２色ホログラフィック記録媒体であって、
前記強誘電体材料はＬｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９６６〜０．４９９５の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする２色ホログラフィック記録媒体。
【請求項５】
前記強誘電体材料はＬｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９７４〜０．４９８９の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項４に記載の２色ホログラフィック記録媒体。
【請求項６】
前記タンタル酸リチウム単結晶に含有されるプロトン濃度は［ＯＨ］伸縮モードにおける赤外吸収係数が０ｃｍ-1〜０．１５ｃｍ-1の範囲（但し、０ｃｍ-1および０．１５ｃｍ-1を含む）となる濃度であることを特徴とする請求項４に記載の２色ホログラフィック記録媒体。
【請求項７】
波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料を用いた波長選択フィルタであって、
前記強誘電体材料はＬｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９６６〜０．４９９５の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であり、
前記強誘電体材料は少なくとも１つの屈折率格子を有することを特徴とする波長選択フィルタ。
【請求項８】
前記強誘電体材料は２以上の屈折率格子を含み、
前記２以上の屈折率格子は各々異なる格子間ピッチを有する、ことを特徴とする請求項７記載の波長選択フィルタ。
【請求項９】
前記強誘電体材料はＬｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９７４〜０．４９８９の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項７に記載の波長選択フィルタ。
【請求項１０】
前記タンタル酸リチウム単結晶に含有されるプロトン濃度は［ＯＨ］伸縮モードにおける赤外吸収係数が０ｃｍ-1〜０．１５ｃｍ-1の範囲（但し、０ｃｍ-1および０．１５ｃｍ-1を含む）となる濃度であることを特徴とする請求項７に記載の波長選択フィルタ。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料に関する。より詳細には、本発明は、一致溶融組成のタンタル酸リチウムよりもＬｉ過剰であり、かつ、化学量論組成のタンタル酸リチウムよりもＬｉ欠損であるタンタル酸リチウム単結晶からなる強誘電体材料、これを用いた２色ホログラフィック記録媒体および波長選択フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3、以降ではＬＴと称する）およびニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3、以降ではＬＮと称する）等の強誘電体単結晶は、フォトリフラクティブ効果を呈する材料として知られている。フォトリフラクティブ効果とは、不純物や欠陥に起因する深いトラップ準位を有する電気光学物質に光を照射することによって生じる現象である。詳細には、トラップ準位の電荷が光イオン化されて自由キャリア（電子またはホール）となり、該自由キャリアが電気光学物質内を移動する。その後、該自由キャリアは再結合し、光の強度分布に対応した空間電荷分布が生じる。これが、電気光学効果（すなわち、ポッケルス効果）により屈折率変化を引き起こす。
【０００３】
このようなフォトリフラクティブ効果を積極的に利用したものとして、例えば、ホログラフィの原理を応用したディジタル記録再生システム（いわゆる、ホログラフィックメモリシステム）が知られている。
【０００４】
ホログラフィックメモリシステムは、レーザ光を用いて体積ホログラムの形式で３次元的に情報を多重記録する光学メモリ方式である。具体的には、ホログラフィックメモリシステムは、２次元の平面ページ単位でデータを記録、および／または、再生することができる。また、ホログラフィックメモリシステムは、複数の２次元の平面ページを利用することにより多重記録し得る（すなわち、記録媒体内にデータを３次元的に記録することができる）。このようなホログラフィックメモリシステムに使用される記録媒体は、上述の強誘電体単結晶を直方体などの３次元形状に加工することによって得られる。
【０００５】
このようなホログラフィックメモリシステムに使用される記録形態には、単色ホログラム（１−ｃｏｌｏｒ）方式がある。単色ホログラム方式は、１つの波長のコヒーレント光の干渉によって記録および／または再生を行う方式である（例えば、特許文献１を参照。）。ところが、単色ホログラム方式は、記録された情報（ホログラム）を読み出す際に、再生光が徐々にホログラムを消去してしまう問題（再生劣化）を有することから、単色ホログラム方式の問題を解決した２色ホログラム方式（２−ｃｏｌｏｒ）も研究されている。２色ホログラム方式は、記録時に記録光に加えて該記録光とは波長の異なるゲート光を同時に照射することによって情報を記録する方式である。
【０００６】
次に、２色ホログラム方式におけるホログラム記録媒体に情報を記録する原理の一例を説明する。
【０００７】
図１１は、２色ホログラム方式の原理を説明する模式図である。
【０００８】
２色ホログラム方式に用いられるホログラム記録媒体のエネルギーバンド構造１１００は、価電子帯（ＶＢ）と伝導帯（ＣＢ）との間に、３つのエネルギー準位Ａ、ＢおよびＣを有する。エネルギー準位Ａ（光吸収中心またはバイポーラロン）は、エネルギー準位Ｂ（中間励起準位、準安定準位またはスモールポーラロン）よりも深い位置にある。エネルギー準位Ｃ（トラップ準位またはストレージセンタ）は、エネルギー準位Ｂよりも深い位置にある。
【０００９】
フォトリフラクティブ効果に関与するキャリアを生成するゲート光（波長λ1）をホログラム記録媒体に照射する。ゲート光が照射された部分で、エネルギー準位Ａに存在する電子が伝導帯（ＣＢ）へ励起され、エネルギー準位Ｂに一時的にトラップされる。これにより、フォトリフラクティブ効果に関与するキャリアが生成される。本明細書では、前記のエネルギー準位Ａのような役割を果たすものをゲート源と称し、ゲート源の空間的濃度をゲート源濃度と称する。
【００１０】
情報をホログラム記録媒体に記録するための記録光をホログラム記録媒体に照射する。記録光は、例えば情報を記録すべき位置を示す参照光（波長λ2）と、情報を伝播する信号光（波長λ2）とを含む。波長λ1と波長λ2との関係は、λ1＜λ2を満たす。記録光を照射することによって、エネルギー準位Ｂにトラップされていたキャリアは、記録光が形成する干渉縞に対応した空間的な明暗のパターンにしたがって伝導帯（ＣＢ）に励起され、最終的に、エネルギー準位Ｃに干渉縞に対応した電荷の濃淡分布の様態で蓄積される。このようにして記録が完了する。
【００１１】
上述の２色ホログラム方式に採用されるホログラム記録媒体の材料として、還元処理を施したＬＮが提案されている。２色ホログラム用記録媒体として、還元処理を施した不純物を含有しないＬＮ単結晶、または、還元処理を施したＦｅ（鉄）を添加したＬＮ単結晶（例えば、非特許文献１を参照。）がある。このような単結晶を用いた場合、記録時にミリ秒から数秒のオーダの寿命を有する中間励起準位（準安定準位）が形成され、小さなパワーの連続発振レーザを用いた記録が達成されている。
【００１２】
他の２色ホログラム用記録媒体としては、Ｆｅを添加し、かつ、還元処理を施した一致溶融組成のＬＴ結晶（例えば、非特許文献２を参照。）がある。
【特許文献１】特開平１１−３５３９３公報
【非特許文献１】Ｌ．  Ｈｅｓｓｅｌｉｎｋ，  Ｓ．  Ｓ．  Ｏｒｌｏｖ，  Ａ．  Ｌｉｕ，  Ａ．  Ａｋｅｌｌａ，  Ｄ．  Ｌａｎｄｅ，  ａｎｄ  Ｒ．  Ｒ．  Ｎｅｕｒｇａｏｎｋａｒ，  「Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ」，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｖｏｌ．２８２（Ｎｏｖ  ６），  ｐ．１０８９−１０９４（１９９８）
【非特許文献２】Ｊ．  Ｉｍｂｒｏｃｋ，  Ｄ．  Ｋｉｐ，  ａｎｄ  Ｅ．  Ｋｒａｅｔｚｉｇ，  「Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｉｎ  ｉｒｏｎ−ｄｏｐｅｄ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｔａｎｔａｌａｔｅ  ｗｉｔｈ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｌｉｇｈｔ」，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．２４，  Ｎｏ．１８，  ｐ．１３０２−１３０４（１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、非特許文献１および非特許文献２に記載される記録媒体は、還元処理を行うことが必須である。これは、ａｓ−ｇｒｏｗｎの状態または熱処理された状態では、記録感度が低いため記録媒体として使用することができないためである。一方で、この還元処理は、材料の暗導電率を増加させ、記録媒体におけるストレージ時間を短くする場合があり得る。更に、還元処理の程度（温度、雰囲気および時間等）によって、得られる材料の特性が著しく変化するため、記録感度の制御が困難である。
【００１４】
また、非特許文献２に記載される記録媒体は、中間励起準位の寿命が短く（数ミリ秒）、中間励起準位における電子の濃度が低い。したがって、この記録媒体は、還元処理を施したとしても、十分な記録感度を有するに至っていない。
【００１５】
さらに、非特許文献１および非特許文献２に記載される記録媒体は、不純物が添加されているため、短波長側に不純物（Ｆｅ）による不要な吸収バンドを有する。このため、ゲート光の透過率が低くなるので、厚い結晶を使用することができず、大容量を達成することが困難である。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、還元処理を施すことなく、かつ、不純物を添加することなく、波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料を提供することである。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、上記強誘電体材料を用いた２色ホログラム記録媒体を提供することである。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、上記強誘電体材料を用いたフィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料であって、前記強誘電体材料は、Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９６６〜０．４９９５の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする強誘電体材料を提供する。
【００２０】
また本発明は、波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料を用いた２色ホログラフィック記録媒体であって、前記強誘電体材料は、Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９６６〜０．４９９５の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であることを特徴とする２色ホログラフィック記録媒体を提供する。
【００２１】
また本発明は、波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料を用いた波長選択フィルタであって、前記強誘電体材料はＬｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９６６〜０．４９９５の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶であり、前記強誘電体材料は少なくとも１つの屈折率格子を有することを特徴とする波長選択フィルタを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。本発明では、強誘電体材料としてタンタル酸リチウム単結晶を用いる。
（実施の形態１）
図１は、Ｌｉ2Ｏ−Ｔａ2Ｏ5擬２成分系相図の概要を示す。
【００２３】
図からわかるように、ＬＴにおいて一致溶融組成と化学量論組成（定比組成とも呼ばれる）とは異なる。高温におけるＬＴの不定比固溶領域は、Ｔａ成分過剰側に伸びており、一致溶融組成はＴａ成分過剰である。本発明では、一致溶融組成よりもリチウム（Ｌｉ）過剰であり、かつ、化学量論組成よりもＬｉ欠損である範囲におけるＬＴ単結晶（本明細書では、このような組成範囲を近化学量論組成（ｎｅａｒ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）と称し、このような組成範囲を有するＬＴ単結晶をＮＳＬＴ単結晶と呼ぶ。）を作製し、波長が異なる２つの光を照射した際に屈折率変化を発現するＬＴ単結晶を提供する。詳細には、２色ホログラム用途に好適な組成を有するＬＴ単結晶を提供する。
【００２４】
次に、ＮＳＬＴ単結晶の製造方法を説明する。ＮＳＬＴ単結晶は、例えば、チョクラルスキー法を使用することによって製造され得る。工程ごとに説明する。
【００２５】
工程Ｓ１００：Ｌｉ2ＣＯ3粉末およびＴａ2Ｏ5粉末を秤量し、混合する。これら原料粉末は、市販の高純度（例えば、９９．９９％）の粉末であり得る。Ｌｉ2ＣＯ3粉末およびＴａ2Ｏ5粉末は、Ｌｉ成分が過剰となるように調整される。例えば、Ｌｉ2ＣＯ3：Ｔａ2Ｏ5のモル比は、０．５７：０．４３である。
【００２６】
工程Ｓ１１０：工程Ｓ１００の混合粉末を１０００℃で２４時間焼結する。焼結体を１ｔ／ｃｍ2の圧力を加え、成形し、融液用原料を得る。このようにして得られた融液用原料をイリジウムるつぼに充填する。
【００２７】
工程Ｓ１２０：イリジウムるつぼを１５８０℃まで加熱する。これにより、融液用原料は溶融し、ＬＴ結晶原料の融液となる。
【００２８】
工程Ｓ１３０：工程Ｓ１２０で得られた融液にＬＴ種結晶を浸し、育成する。育成条件は、例えば、育成速度０．５ｍｍ／ｈ、結晶回転数５ｒｐｍである。育成雰囲気は、例えば、窒素：酸素比が９９．９５：０．０５である混合ガス（中性雰囲気）である。
【００２９】
工程Ｓ１００〜工程Ｓ１３０によってＮＳＬＴ単結晶が得られる。次いで、得られたＮＳＬＴ単結晶の後処理を説明する。
【００３０】
工程Ｓ１４０：得られたＮＳＬＴ単結晶を１３５０℃、大気中、２４時間アニールする。これによりＮＳＬＴ単結晶の歪みが解消する。
【００３１】
工程Ｓ１５０：単分域化処理を行う。単分域化は、例えば、約７３０℃で円柱状のＮＳＬＴ単結晶の長手方向の柱軸に平行な方向に約０．５ｍＡ／ｃｍ2の電流を流しながら冷却するフィールドクーリング法を用い得る。
【００３２】
このようにして単分域化されたＮＳＬＴ単結晶は、６６９℃のキュリー温度を有し、Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９７５であった。
【００３３】
上述のチョクラルスキー法による育成方法は、工程Ｓ１３０において融液の組成と融液から成長する結晶組成とが異なると、結晶化が進むにしたがい、融液組成と結晶組成との間の組成差が大きくなる。この結果、組成が均一で大きなＮＳＬＴ単結晶を得ることはできない。したがって、結晶化した量と同じ量、かつ、同じ組成の原料を融液に供給し得る連続原料供給型二重るつぼ法を用いた単結晶引き上げ装置を使用してもよい。このような単結晶引き上げ装置は、二重構造のるつぼを含む。内側るつぼの底に、外側るつぼに連通する穴が設けられている。連続原料供給型二重るつぼ法を用いた場合のＮＳＬＴ単結晶の製造方法を工程ごとに説明する。
【００３４】
工程Ｓ２００：Ｌｉ成分が過剰に含まれている原料を内側るつぼと外側るつぼとに充填する。このような原料の作製は、上述の工程Ｓ１００および工程Ｓ１１０と同様の手順で行われる。
【００３５】
工程Ｓ２１０：二重るつぼを加熱し、ＮＳＬＴ単結晶用の融液を作製する。
【００３６】
工程Ｓ２２０：工程Ｓ２１０で得られた融液にＬＴ種結晶を浸し、育成する。ＬＴ種結晶を所定の育成条件で回転させながら、引き上げる。育成中、内側るつぼの融液から育成された結晶の重量が連続的に測定される。近化学量論組成に調整された原料が、育成された結晶の重量と同じ量だけ外側るつぼに自動的に供給される。外側るつぼの原料が、内側るつぼに設けられた穴を介して、外側るつぼから内側るつぼへと流れ込むので融液の組成を一定に保つことができる。この結果、組成が均一で大きなＮＳＬＴ単結晶を得ることができる。
【００３７】
引き上げられるＮＳＬＴ単結晶の組成は、融液用原料のモル比と、育成温度で制御される。
【００３８】
得られたＮＳＬＴ単結晶の後処理は、上述の工程Ｓ１４０および工程Ｓ１５０と同様であるため省略する。ＮＳＬＴ単結晶を製造する上述の方法は、一例にすぎないことを理解されたい。
【００３９】
上述の方法で得られた種々の近化学量論組成を有するＮＳＬＴ単結晶を、結晶のＹ軸を法線としてＺ−Ｘ軸を含むＹカット面を主面とする直方体（いわゆるＹカット板）に切り出した。このようにして得られた種々の組成を有する結晶片（被測定結晶）の光学特性を評価し、２色ホログラム用途に好適なＮＳＬＴ単結晶の組成を見出した。なお、Ｙカット板の（Ｙ軸方向の）厚さは２ｍｍである。
【００４０】
図２は、光学特性の測定系２００の模式図である。
【００４１】
測定系２００は、ゲート光を発する第１の光源２０１と、記録光を発する第２の光源２０２と、記録光を参照光と信号光とに分離するビームスプリッタ２０３と、信号光を受光する光検出器２０４と、ゲート光、参照光および信号光それぞれが被測定結晶２０７に入射するのを遮断するシャッターＳ１、Ｓ２およびＳ３とを含む。測定系２００は、記録光をビームスプリッタ２０３に入射するためのミラー２０５を含む。ミラー２０５は、記録光が直接ビームスプリッタ２０３に入射する場合には、省略してもよい。測定系２００はまた、ゲート光、参照光および信号光のそれぞれを被測定結晶２０７に入射するために、ミラー２０６ａ、２０６ｂおよび２０６ｃを含む。ミラー２０６ａ、２０６ｂおよび２０６ｃは、ゲート光、参照光および信号光が被測定結晶２０７の任意の一点で交差するように、ゲート光、参照光および信号光それぞれの入射角度を調整し得る。ミラー２０６ａ、２０６ｂおよび２０６ｃは、ゲート光、参照光および信号光のそれぞれを被測定結晶２０７に入射させ、任意の一点で交差する限り任意の光学系を用いることができる。
【００４２】
被測定結晶２０７は、Ｙカット面にゲート光、参照光および信号光が入射するように配置される。参照光および信号光の偏光は、被測定結晶２０７のＺ軸に対して光の電界ベクトルが平行となる状態（異常光）である。
【００４３】
測定系２００を用いて、屈折率変化および感度を測定する方法について説明する。第１の光源２０１および第２の光源２０２から同時にゲート光（３５０ｎｍ、０．１６Ｗ／ｃｍ2）および記録光（７７８ｎｍ、信号光４．７Ｗ／ｃｍ2、参照光４．１Ｗ/ｃｍ2）を出射する。この際、シャッターＳ１〜Ｓ３は、開状態である。途中、信号光を遮断するシャッターＳ３を一定時間間隔で閉じる。この間に、光検出器２０４は、被測定結晶２０７に形成されたホログラムによって回折された参照光の回折光を受光する。これにより、参照光と回折光との強度比η（回折効率）が測定される。次式（１）を用いて、屈折率変化Δｎを算出する。
【数１】
2004300015.tif 000003
ここで、Ｔcrystalは被測定結晶２０７の透過率、ｄは被測定結晶２０７の厚さ、λは真空中の光の波長、θは参照光と信号光とが交差する角度の１／２である。強度比ηが飽和するまで測定を続ける。
【００４４】
次いで、次式（２）を用いて、感度Ｓを算出する。
【００４５】
【数２】
2004300015.tif 000004
ここでＩWは記録光強度である。
【００４６】
次に、図２の測定系２００を用いた測定結果について説明する。
【００４７】
図３は、本発明によるＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料の屈折率変化（Ａ）および感度（Ｂ）のキュリー温度依存性を示す図である。
【００４８】
図３（Ａ）は、キュリー温度Ｔｃ（組成）の異なるＮＳＬＴ単結晶について、強度比ηの飽和値を用いて、上式（１）から飽和屈折率変化Δｎを算出した結果を示す。２色ホログラムに用いるに必要な飽和屈折率変化Δｎ値は、０．４×１０-4より大きいことが知られている。図３（Ａ）より、化学量論組成を有するＬＴ単結晶（Ｔｃ＝６９３℃、以下ＳＬＴ単結晶と称する）および一致溶融組成を有するＬＴ単結晶（Ｔｃ＝６０８℃、以下ＣＬＴ単結晶と称する）の飽和屈折率変化は、２色ホログラムに用いるには小さすぎることが分かる。図３（Ａ）の曲線から、関係Δｎ＞０．４×１０-4を満たすキュリー温度範囲は、６６５℃以上６９０℃以下であることが分かった。
【００４９】
図３（Ｂ）は、キュリー温度Ｔｃ（組成）の異なるＮＳＬＴ単結晶について、強度比ηの飽和値を用いて、上式（２）から感度Ｓを算出した結果を示す。２色ホログラムに用いるに必要な感度Ｓ値は、０．０２ｃｍ／Ｊより大きいことが知られている。図３（Ｂ）より、ＳＬＴ単結晶の感度（０．０１ｃｍ／Ｊ）およびＣＬＴ単結晶の感度（０．００３ｃｍ／Ｊ）は、２色ホログラムに用いるには小さすぎることがわかる。図３（Ｂ）の曲線から、関係Ｓ＞０．０２ｃｍ／Ｊを満たすキュリー温度範囲は、６７０℃以上６９０．５℃以下であることが分かった。
【００５０】
図３（Ａ）および（Ｂ）から、関係Δｎ＞０．４×１０-4および関係Ｓ＞０．０２ｃｍ／Ｊの両方を満たすキュリー温度範囲は、６７０℃以上６９０℃以下であることが分かった。
【００５１】
図４は、ＬＴ単結晶のキュリー温度と組成との関係を示す図である。
【００５２】
本明細書において、ＮＳＬＴ単結晶の組成は、図４に示されるグラフを用いて求めた。図３より得られたキュリー温度に相当する組成は、０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５である。この組成を満たすＮＳＬＴ単結晶を２色ホログラムに用いることができる。最も好ましくは、キュリー温度Ｔｃ＝６８０±５℃（０．４９７４≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９８９）を満たすＮＳＬＴ単結晶である。キュリー温度Ｔｃ＝６８０℃を有するＮＳＬＴ単結晶（厚さ２ｍｍ）は、０．７×１０-4の飽和屈折率変化を有し、約１５．３％の回折効率が得られている。この値は、Ｆｅが添加されたＣＬＴ単結晶の飽和屈折率変化（０．１×１０-4）に比べて７倍大きい。
【００５３】
また、本発明による上述の組成範囲を有するＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料には、Ｆｅ等の不純物が添加されていないため、ゲート光の波長領域に不要な吸収バンドが形成されない。したがって、２ｍｍ以上の厚いＮＳＬＴ単結晶においても、図３（Ｂ）に示されるような０．０２ｃｍ／Ｊ以上の高い感度（図示せず）が得られることを確認した。
【００５４】
再度図２を参照して、ＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料の記録−再生−消去ステップにおける屈折率変化の測定方法について説明する。記録ステップの間（以下、期間（ａ）と称する）、第１の光源２０１および第２の光源２０２から同時にゲート光（３１３ｎｍ、０．２Ｗ／ｃｍ2）および記録光（７２２ｎｍ、１０Ｗ／ｃｍ2）を出射する。この際、シャッターＳ１〜Ｓ３は、開状態である。途中、信号光を遮断するシャッターＳ３を一定時間間隔で閉じる。この間に、光検出器２０４は、被測定結晶２０７に形成されたホログラムによって回折された参照光の回折光を受光する。これにより、参照光と回折光との強度比η（回折効率）が測定される。このようにして期間（ａ）において、ＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料にホログラムが形成される（データが記録される）。
【００５５】
再生ステップの間（以下、期間（ｂ）と称する）、シャッターＳ１およびＳ３を閉じ、参照光のみを被測定結晶２０７に照射する。つまり、被測定結晶２０７には、記録時の約１／２の強度の記録光が照射される。この間に、光検出器２０４は、参照光による回折光を受光し、参照光と回折光との強度比ηが測定される。このようにして、期間（ｂ）において、記録されたデータが再生される。
【００５６】
消去ステップの間（以下、期間（ｃ）と称する）、再度シャッターＳ１を開き、参照光とゲート光とを被測定結晶２０７に照射する。この間に、光検出器２０４は、参照光による回折光を受光する。これにより、参照光と回折光との強度比ηが測定される。このようにして期間（ｃ）において、記録されたデータが消去される。上式（１）を用いて、得られた各期間（ａ）〜（ｃ）における強度比ηから屈折率変化Δｎを求め、Δｎと測定時間ｔとの関係をプロットして、図５に示す如き屈折率変化を示すグラフが得られる。なお図５は、図３において最も好ましいキュリー温度Ｔｃ＝６８０±５℃を有するＮＳＬＴ単結晶の結果を示している。
【００５７】
図５から、期間（ａ）において、約０．６×１０-4の屈折率変化が短時間で得られた。このことは、記録が短時間で完了することを示す。なお、飽和屈折率変化の値が、図３（Ａ）のＴｃ＝６８０℃を有するＮＳＬＴ単結晶の値と異なるのは、被測定結晶２０７に入射する光強度が異なっているためである。
【００５８】
期間（ｂ）において、記録時の記録光強度の約１／２の強度に相当する参照光でデータを再生しても、顕著な信号の劣化は見られない。したがって、本発明によるＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料（但し、０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５）において、記録されたデータの保存特性（再生不揮発性）が良好であることがわかった。
【００５９】
さらに、ゲート比を用いて、本発明による強誘電体材料の再生不揮発性を定量的に評価した。ここで、ゲート比とは、ゲート光を照射した場合の記録過程（図５の期間（ａ））における感度と、ゲート光を照射しない場合の記録過程における感度との比である。キュリー温度Ｔｃ＝６８０±５℃を有するＮＳＬＴ単結晶の場合、ゲート光を照射しない場合の記録感度は、きわめて小さく、ゲート比は約５０００であった。この値は、本発明による強誘電体材料が非常に高い再生不揮発性を有していることを表している。
【００６０】
図５では、最も好ましい組成を有するＮＳＬＴ単結晶についてのみ再生不揮発性の評価を示したが、０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５を満たすＮＳＬＴ単結晶であれば、図５とほぼ同様の結果が得られることを理解されたい。
【００６１】
以上、図３および図５より、発明者らは、２色ホログラム方式による記録において、ＮＳＬＴ単結晶がＳＬＴ単結晶およびＣＬＴ単結晶に比べて高い記録感度および高い屈折率変化を有することを知見し、かかる記録に好ましい組成範囲を見出したのである。次に、このような原因について説明する。
【００６２】
高い記録感度および高い屈折率変化は、ＮＳＬＴ単結晶内に形成された真性欠陥に起因すると考えられる。上記組成範囲のＮＳＬＴ単結晶はＬｉ欠損である（すなわち、厳密には化学量論組成ではない）ため、アンチサイト欠陥（ＴａLi5+：欠損したＬｉ格子位置にＴａ原子が置換した状態）、および、複合欠陥（ＴａLi5+ＴａTa5+：ＴａLi5+とそれに隣接するＴａ格子位置のＴａ原子）などの真性点欠陥が、ＮＳＬＴ単結晶内に形成される。
【００６３】
このような複合欠陥（ＴａLi5+ＴａTa5+）が互いに逆スピンの電子を２個捕捉することによって、バイポーラロン（ＴａLi4+ＴａTa4+）が形成される。バイポーラロンを乖離させるに必要なエネルギーを有する光（ゲート光）をＮＳＬＴ単結晶に照射することによって、電子がバイポーラロンから乖離され、伝導帯（図１１のＣＢ）に励起される。励起された電子は、アンチサイト欠陥に捕捉され、スモールポーラロン（ＴａLi4+）が形成される。
【００６４】
したがって、図１１を参照すると、本発明による上述の組成範囲を有するＮＳＬＴ単結晶においては、バイポーラロンがゲート源となる深いトラップ準位（エネルギー準位Ａ）を形成し、スモールポーラロン（ＳＰ）が中間励起準位（エネルギー準位Ｂ）を形成していると想定される。このような想定に基づけば、ゲート源濃度は、アンチサイト欠陥が増加するほど高くなる。このことは、化学量論組成に近いＮＳＬＴ単結晶ほどゲート源濃度は低く、一致溶融組成に近いＮＳＬＴ単結晶ほどゲート源濃度は高いことを意味する。
【００６５】
一方、トラップ寿命（中間励起準位における寿命）は、欠陥が増加するほど短くなる。このことは、化学量論組成に近いＮＳＬＴ単結晶ほどトラップ寿命は長く、一致溶融組成に近いＮＳＬＴ単結晶ほどトラップ寿命は短いことを意味する。これは、欠陥が増大すると深い再結合中心が形成されるので、ＳＰ準位の電子の再結合速度が速くなるためである。
【００６６】
以上のゲート源濃度およびトラップ寿命の考察より、ＮＳＬＴ単結晶における屈折率変化を利用する場合（特に２色ホログラムに用いる場合）、ＮＳＬＴ単結晶に好ましい組成範囲が存在することが示唆される。図３および図５の実験結果から、このような好ましい組成範囲は、０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５（６７０℃≦Ｔｃ≦６９０℃）であり、最も好ましい組成範囲は、０．４９７４≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９８９（Ｔｃ＝６８０±５℃）であることが分かる。
【００６７】
再度図２を参照して、減衰時定数および（データ）保存寿命の測定方法を説明する。ここでは、「加速寿命試験」を用いる。この「加速寿命試験」を用いることにより測定時間を短縮することができる。図２の測定系２００に被測定結晶２０７を加熱するためのヒータ（図示せず）、および、参照光の光路に光強度を制御するためのフィルタ（図示せず）を設ける。ヒータにより、データが記録された被測定結晶２０７を室温より高い所定の温度に加熱し、保持する。次いで、シャッターＳ１およびＳ３を閉じ、第２の光源２０２からの参照光のみを被測定結晶２０７に入射させる。参照光の光強度は、フィルタによって減少されている。一定時間（例えば、３０ｓ）の間、参照光と回折光との強度比η（回折効率）を測定する。測定結果から所定温度における減衰時定数（寿命）が得られる。次いで、被測定結晶２０７を冷却し、データを記録した後、再度異なる温度にて同様の測定を繰り返す。
【００６８】
このようにして得られた各温度における減衰時定数に次式（３）を適用する。
【数３】
2004300015.tif 000005
ここで、Ｅaは活性化エネルギー、ｋBはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。
【００６９】
図６は、減衰時定数の温度依存性（Ａ）および室温における保存寿命のプロトン濃度依存性（Ｂ）を示す図である。
【００７０】
図６（Ａ）は、本発明による０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５（６７０℃≦Ｔｃ≦６９０℃）の組成を有し、かつ、プロトン濃度の異なるＮＳＬＴ単結晶、および、化学量論組成を有し、かつ、所定のプロトン濃度を有するＬＮ単結晶の減衰時定数の温度依存性（アレニウスプロット）、および、上式（３）を用いたフィッティングの結果を示す。
【００７１】
単結晶中のプロトン濃度は、赤外吸収分光装置を用いた［ＯＨ］伸縮モードの赤外吸収係数（α[OH]）に基づいて、同定した。図６（Ａ）では、［ＯＨ］伸縮モードによる赤外吸収が観測されなかった（０ｃｍ-1；本明細書では、［ＯＨ］伸縮モードによる赤外吸収の検出限界を、ＮＳＬＴ単結晶は実質的にプロトンを有しないものとして取り扱う）ＮＳＬＴ単結晶（ＮＳＬＴ１；△）と、赤外吸収α＝０．０３ｃｍ-1であるＮＳＬＴ単結晶（ＮＳＬＴ２；○）と、赤外吸収α＝０．１１ｃｍ-1であるＮＳＬＴ単結晶（ＮＳＬＴ３；□）と、参考のために赤外吸収α＝０．２６ｃｍ-1であるＬＮ単結晶（ＳＬＮ；▲）との測定結果のみを示す。
【００７２】
図６（Ａ）から、同じ組成を有するＮＳＬＴ単結晶の場合、単結晶中のプロトン濃度が小さいほど、データ保存寿命が長くなることが分かる。特に、ＮＳＬＴ１は、ＮＳＬＴ３の約３０倍のデータ保存寿命を有している。
【００７３】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の結果から求めた、ＮＳＬＴ単結晶およびＳＬＮ単結晶の室温におけるデータ保存寿命のプロトン濃度依存性を示す。なおＬＮの場合、結晶中に含まれるプロトン濃度が保存寿命に影響を及ぼすことが知られている。本発明による上述の組成範囲を有するＮＳＬＴ単結晶の寿命は、ＳＬＮ単結晶の寿命の約１５倍長いデータ保存寿命を有していることがわかった。例えば、α＝０．０１ｃｍ-1（プロトン濃度：０．０２×１０18ｃｍ-3）であるＮＳＬＴ単結晶の室温におけるデータ保存寿命は、約１６０年であり、このようなデータ保存寿命は、Ｆｅが添加されたＣＬＴ単結晶の室温における保存寿命（９０日）に比べてはるかに長い。以上より、本発明による上記組成を有するＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料は、データ保存寿命が従来の材料よりも長く、局所的な屈折率変化を記録する記録媒体、特に、２色ホログラムの記録媒体として有効であることが分かる。特に、［ＯＨ］伸縮モードにおける赤外吸収係数が０ｃｍ-1〜０．１５ｃｍ-1の範囲（但し、０ｃｍ-1および０．１５ｃｍ-1を含む）となるプロトン濃度を含有するＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料が、更に好ましいデータ保存寿命を有する。
【００７４】
以上説明してきたように、本発明による、２色ホログラムに使用するに適したＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料が示された。０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５（６７０℃≦Ｔｃ≦６９０℃）の組成範囲を有するＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料は、該ＮＳＬＴ単結晶を育成後に還元処理を施すことなく適切なゲート源濃度およびトラップ寿命を有することから、２色ホログラムに必要な屈折率変化および記録感度を発現することができる。得られた記録感度は、従来に比べても高く、従来よりも低強度のゲート光を用いて、フォトリフラクティブ効果を発生させることができる。また、本発明によるＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料は、不純物を添加していないので、ゲート光の波長領域に不要な吸収バンドは生じない。このため、従来よりも厚い強誘電体材料を用いることができるため、大容量を記録することができる。
【００７５】
なお、実施の形態１では、特に、２色ホログラム用途に言及して説明してきたが、本発明による強誘電体材料はこれに限定されない。本発明による強誘電体材料は、波長が異なる２つの光（ゲート光および記録光）を照射することによって発現した屈折率変化を利用し得る任意のアプリケーションに適用可能であることを理解されたい。
【００７６】
（実施の形態２）
図７は、本発明による２色ホログラフィック記録媒体に情報を記録する、および／または、２色ホログラフィック記録媒体から情報を再生する記録再生装置７００の模式図を示す。
【００７７】
実施の形態１で説明した、本発明による０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５（６７０℃≦Ｔｃ≦６９０℃）の組成範囲を有するＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料を所定の形状および大きさに加工し、２色ホログラフィック記録媒体を作製した。例えば、２色ホログラフィック記録媒体のサイズおよび形状は、１ｃｍの立方体であり得るが、このサイズおよび形状に限定されない。
【００７８】
記録再生装置７００は、ゲート光を発する第１の光源７０１と、記録光を発する第２の光源７０２と、記録光を参照光と信号光とに分離するビームスプリッタ７０３と、記録されるべきディジタルデータを単位ページ系列データに変換するエンコーダ７０４と、単位ページ系列データに応じて信号光を光変調する空間光変調器７０５と、光変調された信号光をフーリエ変換する４ｆ系フーリエ変換レズ７０６と、本発明による２色ホログラフィック記録媒体７１０で干渉された再生光を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換レンズ７０７と、逆フーリエ変換された再生光を受光する光検出器７０８と、受光された再生光をディジタルデータに変換するデコーダ７０９とを含む。
【００７９】
第１の光源７０１は、例えば、ＹＡＧレーザの第３高調波発振（ＴＨＧ）またはＧａＮ等の半導体レーザであり得るが、これに限定されない。第１の光源７０１が発するゲート光の波長は、例えば、３５０ｎｍであり得る。第２の光源７０２は、例えば、単一縦モードＡｌＧａＡｓ系半導体レーザであり得るが、これに限定されない。第２の光源７０２は、ゲート光の波長よりも長い波長を有する記録光を発する。第２の光源７０２が発する記録光は、例えば、８５０ｎｍの波長を有し、可干渉性の光である。
【００８０】
エンコーダ７０４は、ディジタルデータを平面上に明暗を示すドットパターン画像に変換する。次いで、エンコーダ７０４は、変換されたドットパターン画像を、例えば、縦４８０ビット×横６４０ビットのデータ配列に並べ替え、単位ページ系列データを生成する。
【００８１】
空間光変調器７０５は、例えば、透過型のＴＦＴ液晶表示装置（ＬＣＤ）のパネルであり得るが、これに限定されない。空間光変調器７０５は、単位ページ系列データと信号光とを受け取る。空間光変調器７０５は、単位ページに対応する縦４８０ピクセル×横６４０ピクセルの変調処理単位を有し、信号光を単位ページ系列データに応じて空間的な光のオンオフ信号に光変調する。
【００８２】
光検出器７０８は、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）であり得る。光検出器７０８は、再生光を電気信号の強弱に変換し、再生光の輝度に応じたレベルを有するアナログ電気信号を生成する。
【００８３】
デコーダ７０９は、アナログ電気信号と所定の振幅値（スライスレベル）とを比較し、ディジタルデータを生成する。
【００８４】
記録再生装置７００は、また、ゲート光を２色ホログラフィック記録媒体７１０に入射させるミラー７１１ａと、記録光をビームスプリッタ７０３に入射させるミラー７１１ｂと、参照光および信号光のそれぞれを２色ホログラフィック記録媒体７１０に入射させるミラー７１１ｃおよび７１１ｄとをさらに含む。ミラー７１１ａ〜７１１ｄは、光学系の設計により省略してもよい。
【００８５】
次に、記録再生装置７００を用いて本発明による２色ホログラフィック記録媒体７１０に情報を記録する動作を説明する。
【００８６】
第１の光源７０１はゲート光を発する。同時に、第２の光源７０２は記録光を発する。ゲート光は、ミラー７１１ａを介して２色ホログラフィック記録媒体７１０に照射される。これにより、２色ホログラフィック記録媒体７１０にフォトリフラクティブ効果に関与するキャリアが生成される。記録光は、ビームスプリッタ７０３で参照光と信号光（ただし、この時点では信号光は記録されるべき情報を有していないことに留意されたい）とに分離される。参照光は、ミラー７１１ｃを介して所定の角度で２色ホログラフィック記録媒体７１０に照射される。
【００８７】
信号光は、空間光変調器７０５を介した後、２色ホログラフィック記録媒体７１０に記録すべき情報を有する。信号光は、ミラー７１１ｄおよび４ｆ系フーリエ変換レンズ７０６を介して２色ホログラフィック記録媒体７１０に照射される。
【００８８】
参照光およびフーリエ変換された信号光は、２色ホログラフィック記録媒体７１０で干渉する。２色ホログラフィック記録媒体７１０において参照光および信号光が交差する領域に干渉縞が生成し、この干渉縞の明暗部に沿って屈折率変化が発生する。この干渉縞が屈折率格子として記録される。このようにして、２色ホログラフィック記録媒体７１０に情報が記録される。参照光の入射角度を変更することにより、複数の単位ページ系列データが角度多重記録され、３次元データ記録が達成され得る。
【００８９】
次に、記録再生装置７００を用いて本発明による２色ホログラフィック記録媒体７１０に記録された情報を再生する動作を説明する。
【００９０】
第２の光源７０２は記録光を発する。信号光が、２色ホログラフィック記録媒体７１０に入射しないように、ビームスプリッタ７０３と空間光変調器７０５との間にシャッター（図示せず）が設けられている。この際、第１の光源７０１はゲート光を発しないか、または、第１の光源７０１と２色ホログラフィック記録媒体７１０との間の光路にシャッター等を設け、２色ホログラフィック記録媒体７１０にゲート光が入射しないようにしてもよい。
【００９１】
参照光が照射された２色ホログラフィック記録媒体７１０の反対側には、記録された屈折率格子からフーリエ変換された信号光を再現した再生光が生じる。この再生光は、逆フーリエ変換レンズ７０７を介して光検出器７０８に入射する。その後、デコーダ７０９によってディジタルデータが再生される。このようにして、２色ホログラフィック記録媒体７１０に記録された情報が再生される。
【００９２】
本発明によれば、２色ホログラフィック記録媒体７１０は、ＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料から作製されている。該ＮＳＴＬ単結晶は、０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５（６７０℃≦Ｔｃ≦６９０℃）の組成範囲を有する。該ＮＳＬＴ単結晶は、育成後に還元処理を施すことなく適切なゲート源濃度およびトラップ寿命を有することから、２色ホログラムに必要な屈折率変化および記録感度を発現することができる。また、本発明による２色ホログラフィック記録媒体７１０は、不純物を添加していないので、ゲート光の波長領域に不要な吸収バンドは生じない。このため、２色ホログラフィック記録媒体を従来よりも厚くすることができ、大容量を達成し得る。
【００９３】
（実施の形態３）
実施の形態１で説明した本発明による強誘電体材料は、波長選択フィルタに用いることができる。
【００９４】
図８は、波長選択フィルタの作製方法および原理を説明する模式図である。図８（Ａ）を参照し、波長選択フィルタの作製工程を説明する。実施の形態１の図２の測定系２００または実施の形態２の記録再生装置７００を用い、本発明による強誘電体材料８００に、ゲート光（波長：λｇ）と、コヒーレントな信号光（波長：λrec1（空気中））および参照光（波長：λrec1（空気中））とを照射する。強誘電体材料８００の信号光および参照光の交差部分に干渉縞が形成される。この干渉縞の明暗部に沿って電気光学効果による屈折率変化が発生し、屈折率格子が形成され、記録される。このような屈折率格子が記録された強誘電体材料８００は、波長選択フィルタとして機能する。
【００９５】
次に、波長選択フィルタの原理を説明する。信号光および参照光を強誘電体材料８００に照射する際のブラッグ角θ（空気中）と、屈折率格子の格子間ピッチΛ1との関係は次式（４）を満たす。
【数４】
2004300015.tif 000006
このような格子間ピッチを有する屈折率格子が形成され、かつ、屈折率ｎを有する波長選択フィルタ８００に、例えば、波長λ1の入射光を導入する。格子間ピッチΛ1が、
【数５】
2004300015.tif 000007
上式（５）を満たす場合、図８（Ｂ）に示されるように、入射光λ1は、波長選択フィルタ８００にて反射される。
【００９６】
一例として、信号光および参照光の波長が６４７ｎｍ（空気中）であり、ブラッグ角θが５６．６°（空気中）である場合、波長選択フィルタ８００は、１５５０ｎｍの入射光を反射することができる。
【００９７】
図８を参照して説明した波長選択フィルタ８００は、例えば、波長分割多重（以降ではＷＤＭと称する）方式の通信に使用されるＷＤＭ用波長選択フィルタであり得る。図９は、ＷＤＭ用波長選択フィルタ９００の模式図を示す。ＷＤＭ用波長選択フィルタ９００は、格子間ピッチΛ1＝λ1／（２・ｎ）を満たす屈折率格子を有する。ＷＤＭ用波長選択フィルタ９００に波長λ1、λ2およびλ3の光を含む入射光を入射すると、ＷＤＭ用波長選択フィルタ９００は、波長λ1の光のみを反射し、波長λ2およびλ3の光を透過し得る。従来、このような波長λ1の光は、ビームスプリッタ等の光学素子によって分離されていた。
【００９８】
本発明による波長選択フィルタは、実施の形態１で説明したように、０．４９６６≦Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）≦０．４９９５（６７０℃≦Ｔｃ≦６９０℃）の組成範囲を有するＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料から作製され得る。ＮＳＬＴ単結晶は、不純物を含まないため、光透過性が高い。したがって、ＮＳＬＴ単結晶を厚くすることによって、フィルタの選択性を高めることができる。また、ＮＳＬＴ単結晶は高い不揮発性および長いデータ保存寿命を有することから、フィルタ特性を長時間維持することができる。
【００９９】
本発明による波長選択フィルタは、屈折率格子を容易に書き換えることができる。上式（４）におけるブラッグ角θを変化させて屈折率格子を波長選択フィルタに記録することにより、異なる格子間ピッチを有する波長選択フィルタが作製される。これにより、反射光（すなわち、波長選択フィルタで反射された光）の波長を容易に選択できる。
【０１００】
図１０は、本発明によるフィルタシステム１０００を示す模式図である。
【０１０１】
本発明によるフィルタシステム１０００は、光源部１００１と、波長選択フィルタ１００２と、光源部１００１を移動させる移動部１００３とを含む。
【０１０２】
光源部１００１は、波長が異なる複数の光を伝播しかつ端部から該複数の光を発する光ファイバ１００４と、光ファイバ１００４からの光を平行光にし、波長選択フィルタ１００２に入射させるコリメートレンズ１００５とを含む。
【０１０３】
波長選択フィルタ１００２は、実施の形態１で説明した本発明による強誘電体材料から作製され得る。波長選択フィルタ１００２は、複数の屈折率格子１００６を有しており、それら複数の屈折率格子１００６の格子間ピッチは各々異なってもよい。このように１つの強誘電体材料に複数の屈折率格子１００６を作製するためには、ＮＳＬＴ単結晶に照射されるゲート光の照射領域を、マスク等を用いて限定すればよい。図１０では、複数の屈折率格子１００６は、並列に配置されているが、これに限定されない。
【０１０４】
移動部１００３は、光源部１００１に接続されている。移動部１００３は、光源部１００１からの光が選択されるべき波長に対応する屈折率格子に入射するように、光源部１００１を移動させる。移動部１００３は、波長選択フィルタ１００２に接続されていてもよい。この場合、移動部１００３は、光源部１００１からの光が選択されるべき波長に対応する屈折率格子に入射するように、波長選択フィルタ１００２を移動させる。
【０１０５】
このようなフィルタシステム１０００を用いれば、複数の波長成分を有する光から、所定の波長成分を有する光を容易に取り出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明によれば、波長が異なる２つの光を照射することによって屈折率変化を発現する強誘電体材料が提供される。このような強誘電体材料は、Ｌｉ2Ｏ／（Ｌｉ2Ｏ＋Ｔａ2Ｏ5）＝０．４９６６〜０．４９９５の組成を有するタンタル酸リチウム単結晶である。
【０１０７】
本発明による強誘電体材料は、ＮＳＬＴ単結晶を育成後に還元処理を施すことなく適切なゲート源濃度およびトラップ寿命を有することから、２色ホログラムに必要な屈折率変化および記録感度を発現することができる。得られた記録感度は、従来に比べても高く、従来よりも低強度のゲート光を用いて、フォトリフラクティブ効果を発生させることができる。
【０１０８】
また、本発明による強誘電体材料は、不純物を添加していないので、ゲート光の波長領域に不要な吸収バンドは生じない。本発明による強誘電体材料を２色ホログラフィック記録媒体に用いれば、従来よりも厚い強誘電体材料を用いることができるため、大容量を記録することができる。
【０１０９】
また、本発明による強誘電体材料は、高記録感度および長データ保存寿命を有する。本発明による強誘電体材料を波長選択フィルタに用いれば、フィルタ特性を長時間維持することができる（すなわち安定動作が保証され得る）。また、本発明による強誘電体材料は不純物を含有しないので、厚い波長選択フィルタを作製することができる。その結果、フィルタの選択性が向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】Ｌｉ2Ｏ−Ｔａ2Ｏ5擬２成分系相図
【図２】光学特性の測定系の模式図
【図３】本発明によるＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料の屈折率変化（Ａ）および感度（Ｂ）のキュリー温度依存性を示す図
【図４】ＬＴ単結晶のキュリー温度と組成との関係を示す図
【図５】本発明によるＮＳＬＴ単結晶からなる強誘電体材料の記録−再生−消去ステップにおける屈折率変化を示す図
【図６】減衰時定数の温度依存性（Ａ）および室温における保存寿命のプロトン濃度依存性（Ｂ）を示す図
【図７】本発明による２色ホログラフィック記録媒体に情報を記録する、および／または、２色ホログラフィック記録媒体から情報を再生する記録再生装置の模式図
【図８】波長選択フィルタの作製方法および原理を説明する模式図
【図９】ＷＤＭ用波長選択フィルタの模式図
【図１０】本発明によるフィルタシステムを示す模式図
【図１１】２色ホログラム方式の原理を説明する模式図
【符号の説明】
【０１１１】
２００  測定系
２０１、７０１  第１の光源
２０２、７０２  第２の光源
２０３、７０３  ビームスプリッタ
２０４、７０８  光検出器
２０５、２０６ａ〜ｂ、７１１ａ〜ｄ  ミラー
２０７  被測定結晶
７００  記録再生装置
７０４  エンコーダ
７０５  空間光変調器
７０６  ４ｆ系フーリエ変換レンズ
７０７  逆フーリエ変換レンズ
７０９  デコーダ
７１０  ２色ホログラフィック記録媒体
８００、１００２  波長選択フィルタ
９００  ＷＤＭ用波長選択フィルタ
１０００  フィルタシステム
１００１  光源部
１００３  移動部
１００４  光ファイバ
１００５  コリメートレンズ
１００６  屈折率格子
【図１】
2004300015.tif 000008
【図２】
2004300015.tif 000009
【図３】
2004300015.tif 000010
【図４】
2004300015.tif 000011
【図５】
2004300015.tif 000012
【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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