(57)【要約】【課題】  温度制御の精度が低い温度調整回路であっても、高い効率の電気光学効果を実現する。【解決手段】  温度依存性を有する電気光学効果を有する材料からなる光学素子３１を制御する制御装置において、光学素子３１の温度を検出する温度検出素子３３と、温度検出素子３３で検出された温度に応じて、光学素子３１を駆動する駆動電圧の振幅を、電気光学効果の影響が温度によらず一定となるように制御する駆動回路３５とを備えた。さらに、光学素子の温度を制御するペルチエ素子３２と、温度検出素子３３で検出された温度に応じて、ペルチエ素子３２を駆動する温度制御回路３４を備えてもよい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度依存性を有する電気光学効果を有する材料からなる光学素子を制御する制御装置において、
前記光学素子の温度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された温度に応じて、前記光学素子を駆動する駆動電圧の振幅を、電気光学効果の影響が前記温度によらず一定となるように制御する駆動回路と
を備えたことを特徴とする光学素子の制御装置。
【請求項２】
前記光学素子と前記駆動回路との間に、前記光学素子を駆動する電流を積算して、駆動する電荷の量を測定する電流積分回路を備え、
前記駆動回路は、前記光学素子を駆動する駆動電圧の振幅を、前記駆動する電荷が一定になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の制御装置。
【請求項３】
前記光学素子と熱的に結合され、前記光学素子の温度を制御するペルチエ素子と、
前記検出手段で検出された温度に応じて、前記ペルチエ素子を駆動する温度制御回路と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の制御装置。
【請求項４】
前記材料は、ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３のいずれかであることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光学素子の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の制御装置に関し、より詳細には、光通信、光計測または電子回路に用いられる光学素子であって、電気光学効果を用いた光学素子の温度を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１、以下ＫＴＮという）からなる材料は、波長変換素子などの光学素子への応用が期待されている。ＫＴＮ結晶は、１２００〜８０００ｐｍ／Ｖの非線形光学係数、一定のバイアス電界の下で６００ｐｍ／Ｖ以上の電気光学係数を有しており、例えば、従来から使用されているＬｉＮｂ０３（以下ＬＮという）の有する光学係数と比較して、いずれも著しく大きい。また、電気光学効果は常誘電相で用い、特に、常誘電・強誘電転移点近傍で用いた場合に、非常に大きい。
【０００３】
ところで、ＫＴＮ結晶の電気光学効果は、温度依存性が非常に強いという特徴を有している。図１に、電気光学効果の温度依存性を示す。ＫＴＮ結晶は、常誘電・強誘電転移温度Ｔｃにおいて、相転移を起こし、温度Ｔｃ付近で電気光学効果が最大となる。ＫＴＮ結晶を用いた光学素子を温度によらず安定して動作させるためには、光学素子の温度調整回路が必要となる。温度調整回路により、光学素子の温度をＴｃよりも若干高い一定の温度に制御している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】S. Toyoda, et al.， ”Low driving voltage polarozaton-independent >3GHz-response electro-optic switch using KTN waveguide” Proc. EOCE 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＮ結晶を用いた光学素子の場合は、温度調整を行う必要がなかったので、ＫＴＮ結晶を用いた光学素子では、温度調整回路の小型化、低コスト化が求められていた。しかしながら、図１に示したように、常誘電・強誘電転移温度Ｔｃ付近の温度依存性は非常に大きく、温度調整回路は、０．１度以下の精度で、応答速度の速い温度制御を行う必要がある。このような高精度の温度制御は、温度調整回路の回路規模が大きくなり、ＫＴＮ結晶を用いた光学素子を含む装置のコストが増大するという問題があった。
【０００６】
電気光学係数をＥとし、駆動電圧振幅を一定値Ｆとすると、電気光学効果により変化する光の強度Ａは、  
Ａ＝ＥＦ
と表される。光の強度Ａの温度による変動幅を、一定の範囲ΔＡに抑えるために、電気光学係数の温度による変動幅ΔＥは、  
ΔＥ＝ΔＡ／Ｆ
の範囲に抑えなければならない。図２に、ＫＴＮ結晶を用いた光学素子の温度制御に必要な精度を示す。電気光学係数を一定の範囲ΔＥに抑えるためには、非常に小さな温度範囲ΔＴに抑えなければならない。
【０００７】
従来、素子の温度を検出する方法として、サーミスタなどの温度検出素子を外部に付加しているが、温度検出素子の検出精度にばらつきがある。従って、精度の高い温度制御を行うために、温度検出素子の選別を行うために、コストがかかるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、温度制御の精度が低い温度調整回路であっても、高い電気光学効果を得ることができる光学素子の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、温度依存性を有する電気光学効果を有する材料からなる光学素子を制御する制御装置において、前記光学素子の温度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された温度に応じて、前記光学素子を駆動する駆動電圧の振幅を、電気光学効果の影響が前記温度によらず一定となるように制御する駆動回路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の制御装置において、前記光学素子と前記駆動回路との間に、前記光学素子を駆動する電流を積算して、駆動する電荷の量を測定する電流積分回路を備え、前記駆動回路は、前記光学素子を駆動する駆動電圧の振幅を、前記駆動する電荷が一定になるように制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光学素子の制御装置において、前記光学素子と熱的に結合され、前記光学素子の温度を制御するペルチエ素子と、前記検出手段で検出された温度に応じて、前記ペルチエ素子を駆動する温度制御回路とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記材料は、ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、電気光学効果の影響が温度によらず一定となるように、光学素子を駆動する駆動電圧を制御するので、温度制御の精度が低い温度調整回路であっても、高い効率の電気光学効果を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態においては、温度検出素子により検出した温度に基づいて、素子の温度を制御するだけでなく、光学素子を駆動する駆動電圧の振幅を調整する。従来、光学素子にかけるバイアス電圧を制御して、屈折率の温度依存性を補償することが行われている。従って、光学素子を駆動する駆動電圧の振幅制御と、バイアス電圧の制御とを併用することもできる。
【実施例１】
【００１５】
図３に、本発明の実施例１にかかる光学素子の制御装置を示す。ＫＴＮ結晶を用いた光学素子３１には、ペルチエ素子３２と温度検出素子３３とが熱的に結合されている。低精度温度制御回路３４は、温度検出素子３３により検出された光学素子３１の温度の情報に基づいて、ペルチエ素子３２を制御する。また、駆動回路３５は、温度検出素子３３により検出された光学素子３１の温度の情報に基づいて、光学素子３１を駆動する駆動電圧の振幅を調整する。
【００１６】
図４を参照して、実施例１における温度制御の方法を説明する。低精度温度制御回路３４は、ペルチエ素子３２を制御して光学素子３１の温度を制御する。最初に、光学素子３１の温度を、常誘電・強誘電転移温度Ｔｃよりも高い一定の温度Ｔ１に制御し、ΔＴ１の範囲で温度制御を行う。駆動回路３５は、温度検出素子３３により検出した温度が温度Ｔ１よりも低く、電気光学効果が大きくなる場合には、駆動電圧の振幅を小さくし、検出した温度が温度Ｔ１よりも高く、電気光学効果が小さくなる場合には、駆動電圧の振幅を大きくする。すなわち、図４の点線で示したように、電気光学係数Ｅの低下に伴って、駆動電圧の振幅Ｆを増加させ、光強度Ａ＝ＥＦを一定にする。
【００１７】
ここで、温度変化に対する振幅Ｆの変化量を大きくすることで、大きな温度範囲において、光強度を一定にすることができる。一方、温度制御回路による温度制御の範囲ΔＴ１は、図１に示したΔＴよりも大きく、温度制御に必要な精度が大幅に緩和されるので、低精度の温度制御回路を用いればよい。また、電気回路である駆動回路３５によって、振幅を変化させるので、ペルチエ素子３２による温度制御よりも、はるかに高速に追従させることができる。
【００１８】
原理的には、光学素子３１を駆動する駆動電圧の振幅を調整するだけで、ペルチエ素子３２による温度制御を行わなくてもよい。しかし、温度変動が大きくなる場合を考慮すると、ペルチエ素子３２による粗調整と、駆動回路３５による微調整とを併用した方が効果的である。
【００１９】
ここで、光学素子３１は、電気光学効果を利用したデバイスであれば、光スイッチ、光変調器、Ｑスイッチ、ディフレクタなどいずれであってもよい。光学素子３１の材料は、ＫＴＮのみならず、ＫＬＴＮ（Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）など、電気光学効果を有する材料ならば、いずれを用いても構わない。
【実施例２】
【００２０】
図５に、本発明の実施例２にかかる光学素子の制御装置を示す。ＫＴＮ結晶を用いた光学素子５１には、ペルチエ素子５２と電気容量測定回路５３とが結合されている。低精度温度制御回路５４は、電気容量測定回路５３により検出された光学素子５１の電気容量の情報に基づいて、ペルチエ素子５２を制御する。また、駆動回路５５は、電気容量測定回路５３により検出された光学素子５１の電気容量の情報に基づいて、光学素子５１を駆動する駆動電圧の振幅を調整する。
【００２１】
図６を参照して、実施例２における温度制御の方法を説明する。図６に示したように、光学素子５１の電気容量は、電気光学係数Ｅと同様の温度依存性を有している。従って、駆動回路５５は、電気容量測定回路５３により検出した容量が予め定めた容量よりも低く、電気光学効果が大きくなる場合には、駆動電圧の振幅を小さくし、検出した容量が予め定めた容量よりも高く、電気光学効果が小さくなる場合には、駆動電圧の振幅を大きくする。電気容量の測定は、光学素子５１を流れる電流の交流成分の測定、ブリッジ法、ＲＦインピーダンス法などを適用することができる。
【実施例３】
【００２２】
図７に、本発明の実施例３にかかる光学素子の制御装置を示す。ＫＴＮ結晶を用いた光学素子７１には、ペルチエ素子７２と温度検出素子７３とが熱的に結合されている。低精度温度制御回路７４は、温度検出素子７３により検出された光学素子７１の温度の情報に基づいて、ペルチエ素子７２を制御する。また、駆動回路７５は、温度検出素子７３により検出された光学素子７１の温度の情報に基づいて、光学素子７１を駆動する駆動電圧の振幅を調整する。
【００２３】
駆動回路７５は、駆動電圧の振幅を決定するに際して、駆動する電荷が一定になるようにする。駆動回路７５と光学素子７１との間に、電流積分回路７６を挿入する。電流積分回路７６は、常に流れる電流を測定して積算し、変化させた分極の量を電荷の量として測定する。測定された電荷の量は、駆動回路７５にフィードバックされる。駆動回路７５は、入力信号に比例した量の電荷を駆動するまで、駆動電圧を変化させる。これにより、駆動される分極の値が一定となるために、光強度Ａ＝ＥＦを一定にすることができる。
【００２４】
実施例１と同様に、温度変化に対する振幅Ｆの変化量を大きくすることで、大きな温度範囲において、光強度を一定にすることができる。また、温度制御に必要な精度が大幅に緩和されるので、低精度の温度制御回路を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】電気光学効果の温度依存性を示す図である。
【図２】ＫＴＮ結晶を用いた光学素子の温度制御に必要な精度を示す図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる光学素子の制御装置を示すブロック図である。
【図４】実施例１における温度制御の方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例２にかかる光学素子の制御装置を示すブロック図である。
【図６】実施例２における温度制御の方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例３にかかる光学素子の制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
３１，５１，７１  光学素子
３２，５２，７２  ペルチエ素子
３３，７３  温度検出素子
３４，５４，７４  低精度温度制御回路
３５，５５，７５駆動回路
５３  電気容量測定回路
７６  電流積分回路
【図１】
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【図２】
2007003948.tif 000004
【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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