(57)【要約】【課題】  簡便な構造を有した、高速応答可能で高い消光比特性を持つファブリー・ペローエタロン構造型ゲートスイッチを提供すること。【解決手段】  立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する１つの誘電体結晶で形成された基板１０１に配された少なくとも２つのエタロン１０２，１０３と、入射光を少なくとも２つのエタロンに連続して入射させるミラー２０３と、エタロンにおいて誘電体結晶に同一の電圧を印加するスイッチング信号発信部とを備える。入射光はエタロン１０２を通過し、ミラー２０３により進行方向が反転し、エタロン１０３を通過する。スイッチング信号発信部から印加される電圧により、エタロン１０２および１０３の透過率が同等に制御され、エタロン１０３からの出力が制御される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、
前記誘電体結晶の第１の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第１の部材、
前記誘電体結晶の前記第１の面に対向する第２の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第２の部材、および
前記誘電体結晶から構成される第１および第２のエタロンと、
前記第１のエタロンから出射された光を前記第２のエタロンへ入射する手段と、
前記第１および第２のエタロンにおいて前記誘電体結晶に同一の電圧を印加する電圧印加手段と
を備えたことを特徴とするゲートスイッチ。
【請求項２】
前記第１の部材、前記第２の部材、および前記誘電体結晶から構成される第３のエタロンと、
前記第２のエタロンから出射された光を前記第３のエタロンへ入射する手段と
を更に備え、
前記電圧印加手段は、前記第１乃至第３のエタロンにおいて前記誘電体結晶に同一の電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のゲートスイッチ。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、前記誘電体結晶に設けられた電極と、該電極に電圧を印加する電圧印加部とを有し、前記電極により電圧を印加されることにより入力された光をスイッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載のゲートスイッチ。
【請求項４】
前記第１の部材および第２の部材が、金属薄膜電極であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項５】
前記第１の部材および第２の部材が、前記誘電体結晶の面に設けられた透明電極と、該透明電極に設けられた誘電体多層膜からなる誘電体多層膜ミラーとから構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項６】
前記透明電極と、前記誘電体多層膜ミラーとの間に、金属薄膜電極が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のゲートスイッチ。
【請求項７】
前記第１および第２のエタロンにおいて、あるいは前記第１乃至第３のエタロンにおいて、前記第１の部材が共通であり、かつ、前記第２の部材が共通であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項８】
前記第１のエタロンから出射された光を前記第２のエタロンへ入射する前記手段、および／または前記第２のエタロンから出射された光を前記第３のエタロンへ入射する前記手段は、１つまたは複数のミラーであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項９】
前記誘電体結晶は単結晶であり、該単結晶の結晶軸の１つが前記誘電体結晶に照射される光の透過方向と一致するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項１０】
前記誘電体結晶は多結晶であり、該結晶の結晶軸の少なくとも一つが前記誘電体結晶に照射された光の透過方向と一致するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項１１】
前記誘電体結晶は、Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）の組成を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項１２】
前記誘電体結晶は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）におけるＫの全て、もしくはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）におけるＫおよびＬｉの全てをＢａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも一つの元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉで置き換えた組成を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項１３】
前記誘電体結晶は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）におけるＫの全て、もしくはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）におけるＫおよびＬｉの全てをＰｂとＬａのうち少なくとも一方の元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉとＺｒのうちの少なくとも一方の元素で置き換えた組成を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【請求項１４】
前記誘電体結晶の組成における第１の組成比としての前記ｘは、０．１以上０．５以下であり、前記誘電体結晶の組成における第２の組成比としての前記ｙは、０より大であり０．１未満であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載のゲートスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲートスイッチに関し、より詳細には、電気信号で光信号を制御する、光通信用、光計測用およびプロジェクター、コピー機、プリンタ、スキャナー等に適用可能なゲートスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信技術の発達により、光信号を高速にＯＮ／ＯＦＦするためのゲートスイッチが重要になってきている。このゲートスイッチは、上記光通信に限らず、他のデバイス（例えば、プロジェクター、コピー機、プリンタ、スキャナー等）への応用も行われており、更なる発展が望まれている。また、それと同時に、低消費電力・低コスト化の観点から、ゲートスイッチを低電圧で動作させることが望まれている。
【０００３】
ゲートスイッチ実現の一つとして、物質の屈折率ｎを変化させる方法がある。屈折率ｎを変化させる方法として、主に熱光学（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＴＯ）効果、音響光学（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＡＯ）効果、電気光学（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＥＯ）効果が挙げられる。ＴＯ効果は、高速動作に適しておらず、高々数ｍｓ程度の応答速度しか実現できない。また、ＡＯ効果は、高速動作に適してはいるものの、屈折率の変化量が小さいために、十分な屈折率変化を誘起する事が出来ない。
【０００４】
ＥＯ効果は高速動作に適しており、かつ屈折率の変化量もＡＯ効果を利用する場合に比較して大きく、高速動作を要求されるスイッチングに適している。
【０００５】
ＥＯ効果を用いたゲートスイッチの一つに、ＥＯ効果を持つ結晶を平行平板状に加工して、平行をなす面に光の反射膜を堆積し、ファブリー・ペローエタロン構造としたものがある。このＥＯ効果を持つ結晶に電界を印加して結晶の屈折率ｎを変化させることにより、ファブリー・ペローエタロンの透過中心波長が変化するため、光のスイッチングを行なうことが出来る。
【０００６】
【非特許文献１】ヤリーヴ著、光エレクトロニクス基礎編  原書５版、２０００年３月（４章、１３６頁、図４−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特に低い電圧でゲートスイッチを駆動する場合、ＥＯ効果で得られる屈折率ｎの変化が小さくなり、スイッチング特性の一つである消光比（ＯＮ／ＯＦＦ時の透過光パワーの比）は、使用用途によっては十分とはいえない場合があった。
【０００８】
ファブリー・ペローエタロン構造としたゲートスイッチは、理想的には光の反射膜の反射率を高めるに従い、光の透過特性が鋭くなり（フィネスが大きくなり）、所望の消光比を得ることが出来る（非特許文献１参照）。
【０００９】
しかし実際には、ファブリー・ペローエタロンの平坦度や平行度が理想的とはなりえないため、フィネスを大きくすることには限界がある。すなわち、消光比を大きくすることには限界がある。そこで、複数のファブリー・ペローエタロンを光の進行方向に沿って直列に配置する方法により消光比を高めることが考えられる。その場合、それぞれのファブリー・ペローエタロンの特性を精密に一致させる必要があるため、ファブリー・ペローエタロン製造におけるばらつきを小さくしなければならない。また、ファブリー・ペローエタロンの電極と、電圧駆動回路との間の配線が複数箇所発生するため、実装が複雑になる。
【００１０】
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、簡便な構造を有した、高速応答可能で高い消光比特性を持つファブリー・ペローエタロン構造型ゲートスイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、ゲートスイッチであって、前記誘電体結晶の第１の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第１の部材、前記誘電体結晶の前記第１の面に対向する第２の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第２の部材、および前記誘電体結晶から構成される第１および第２のエタロンと、前記第１のエタロンから出射された光を前記第２のエタロンへ入射する手段と、前記第１および第２のエタロンにおいて前記誘電体結晶に同一の電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の部材、前記第２の部材、および前記誘電体結晶から構成される第３のエタロンと、前記第２のエタロンから出射された光を前記第３のエタロンへ入射する手段とを更に備え、前記電圧印加手段は、前記第１乃至第３のエタロンにおいて前記誘電体結晶に同一の電圧を印加することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記誘電体結晶に設けられた電極と、該電極に電圧を印加する電圧印加部とを有し、前記電極により電圧を印加されることにより入力された光をスイッチングすることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の部材および第２の部材が、金属薄膜電極であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の部材および第２の部材が、前記誘電体結晶の面に設けられた透明電極と、該透明電極に設けられた誘電体多層膜からなる誘電体多層膜ミラーとから構成されることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記透明電極と、前記誘電体多層膜ミラーとの間に、金属薄膜電極が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記第１および第２のエタロンにおいて、あるいは前記第１乃至第３のエタロンにおいて、前記第１の部材が共通であり、かつ、前記第２の部材が共通であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第１のエタロンから出射された光を前記第２のエタロンへ入射する前記手段、および／または前記第２のエタロンから出射された光を前記第３のエタロンへ入射する前記手段は、１つまたは複数のミラーであることを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶は単結晶であり、該単結晶の結晶軸の１つが前記誘電体結晶に照射される光の透過方向と一致するように配置されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶は多結晶であり、該結晶の結晶軸の少なくとも一つが前記誘電体結晶に照射された光の透過方向と一致するように配置されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶は、Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）の組成を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）におけるＫの全て、もしくはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）におけるＫおよびＬｉの全てをＢａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも一つの元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉで置き換えた組成を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）におけるＫの全て、もしくはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）におけるＫおよびＬｉの全てをＰｂとＬａのうち少なくとも一方の元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉとＺｒのうちの少なくとも一方の元素で置き換えた組成を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶の組成における第１の組成比としての前記ｘは、０．１以上０．５以下であり、前記誘電体結晶の組成における第２の組成比としての前記ｙは、０より大であり０．１未満であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、簡便な構造を有した、高速応答可能で高い消光比特性を持つファブリー・ペローエタロン構造型ゲートスイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。  
個々の実施形態について説明する前に、ファブリー・ペローエタロンによるフィルタ特性について説明する。ファブリー・ペローエタロン（以下、エタロンと表記する）は一対のミラーの間に屈折率ｎの物質を挟んだ構造をしている。エタロンの特性を表す主な値として、ＦＳＲ（Free Spectral Range)、Finessが挙げられる。エタロンの透過率の中心周波数νmは下記の式（１）で表される。
【００２７】
【数１】
2007034058.tif 000003
【００２８】
なお、上記の式（１）において、ｎはミラーによって挟まれた物質の屈折率、ｄは共振器長（ミラー同士の距離）、θは入射光に対するエタロンの傾斜角度（エタロンの角度とも呼ぶ）、ｃは真空中の光速度である。式（１）より、エタロンの透過帯の中心波長λmは、下記の式（２）で表される。
【００２９】
【数２】
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【００３０】
ＦＳＲとは、式（１）で表現される透過帯の中心周波数νmのうち、隣り合う２組の間隔の事なので、下記の式（３）で表現される。
【００３１】
【数３】
2007034058.tif 000005
【００３２】
また、Finessとはエタロンの透過帯の広がり具合を表現する値で、エタロンが理想的に作製されている場合、以下の式によりミラーの反射率と関連付けられる。
【００３３】
【数４】
2007034058.tif 000006
【００３４】
なお、上記の式（４）における、Δν1/2はエタロンの透過帯の半値全幅、Ｒは共振器を構成しているミラーの反射率である。
【００３５】
エタロンの入射光強度に対する透過光強度の比率をＩ（ｄＢ）とすると、以下の式で表される（非特許文献１参照）。
【００３６】
【数５】
2007034058.tif 000007
【００３７】
ここで、δはエタロン内での位相の遅れを表し、
【００３８】
【数６】
2007034058.tif 000008
【００３９】
である。
【００４０】
式（１）により、エタロンの透過帯の中心周波数νmを変化させるためには、エタロンを構成する物質の屈折率ｎ、共振器長ｄ、エタロンの角度θのいずれかを変化させればよい事が分かる。したがって、波長可変フィルタを作製するには、これらのパラメータを変化させれば実現可能である。市販されている波長可変フィルタは、メカニカルに共振器長ｄを変化させて波長可変を実現する。その理由は、上記３つのパラメータのうち、共振器長ｄを変化させる事が、もっとも波長可変帯域を大きく取る事が出来るからである。
【００４１】
メカニカルに共振器長ｄおよびエタロンの角度θを変化させることによって、エタロンの透過帯の中心周波数νmを変化させるように構成した波長可変フィルタは、高速動作には適していない。
【００４２】
一方、エタロンを構成する物質の屈折率ｎを変化させるように構成した波長可変フィルタは、メカニカルな動作を伴わず、エタロンの透過帯の中心波長（中心周波数）を変化させることが出来る。前述したように、電気光学効果を用いた屈折率変化の場合、変化量が十分に取れ、かつ高速動作が可能である。
【００４３】
電気光学効果には１次の電気光学効果（ポッケルス効果）と２次の電気光学効果（カー効果）がある。１次の電気光学効果は電界強度に比例して効果が現れ、屈折率変化は下記の式（７）で表される。
【００４４】
【数７】
2007034058.tif 000009
【００４５】
なお、上記式（７）における、ｎ0は、電界を印加していない状態での、エタロンを構成する物質である１次の電気光学効果を有する誘電体結晶の屈折率であり、ｒeffは１次の電気光学係数の有効値、Ｅは電界である。
【００４６】
また、２次の電気光学効果は電界強度の２乗に比例して効果が現れ、屈折率変化は下記の式（８）で表される。
【００４７】
【数８】
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【００４８】
なお、上記式（８）における、ｎ0は、電界を印加していない状態での、エタロンを構成する物質である２次の電気光学効果を有する誘電体結晶の屈折率、Ｅは電界であり、ｓ12は下記の式（９）で定義される量である。
【００４９】
【数９】
2007034058.tif 000011
【００５０】
なお、上記式（９）における、ε0は真空の誘電率、εrは上記２次の電気光学効果を有する誘電体結晶に固有の比誘電率、ｇ12は上記２次の電気光学効果を有する誘電体結晶の電気光学定数である。
【００５１】
次に、図１０を参照して、上述したエタロンによるフィルタ特性を利用することにより、ゲートスイッチを実現することができることを説明する。説明を簡便にするため、温度は一定、エタロンの入射角度θ＝０であるとする。エタロンを構成する物質である誘電体結晶に電圧Ｖを印加していない時の、エタロンの透過帯の中心波長をλm（Ｖ＝０）とする。エタロンに、波長λinがλm（Ｖ＝０）に等しい連続光を入射する。この時、入射された連続光は、エタロンでの損失分を除き、１００％エタロンを透過する。
【００５２】
ここで、エタロンを構成する物質である誘電体結晶に電圧Ｖ＝Ｖopを印加したとすると、式（７）乃至式（８）に従ってエタロンを構成する物質である誘電体結晶の屈折率が変化するため、式（２）に従いエタロンの透過帯の中心波長λmが変化する。よって、波長λinにおける光の透過率が変化する。エタロンの透過帯の中心波長λm（中心周波数νm）の変化量及びFiness（式（４）参照）を適切な値とすることにより、波長λinにおける光の透過率を所望の透過率にすることができる。すなわち、ゲートスイッチとして機能させることができる。
【００５３】
本発明は、エタロンによるフィルタ特性を利用したゲートスイッチ（以下、エタロン型ゲートスイッチともいう）に関する。本発明に係るゲートスイッチは、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する１つの誘電体結晶（基板）に配された少なくとも２つのエタロンと、入射光を少なくとも２つのエタロンに連続して入射させる手段と、エタロンにおいて誘電体結晶に同一の電圧を印加する手段とを備える。本発明によれば、簡便な構造を有した、高速応答可能で高い消光比特性を持つファブリー・ペローエタロン構造型ゲートスイッチが提供される。
【００５４】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。一実施形態では、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する誘電体結晶を、Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）（ＫＬＴＮ）なる組成を有する結晶材料で構成することができる。ただし、誘電体結晶として用いられる材料はＫＬＴＮに限らず、例えば、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）（ＫＴＮ）など、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する誘電体結晶であればいずれを用いても良い。
【００５５】
誘電体結晶を、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）（ＫＴＮ）におけるＫの全て、もしくは、Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）（ＫＬＴＮ）におけるＫおよびＬｉの全てを、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうちの少なくとも１つの元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉで置き換えた組成を有するものを用いても良い。
【００５６】
または、誘電体結晶を、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）（ＫＴＮ）におけるＫの全て、もしくは、Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）（ＫＬＴＮ）におけるＫおよびＬｉの全てを、ＰｂとＬａのうちの少なくとも一方の元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉとＺｒのうちの少なくとも一方の元素で置き換えた組成を有するものを用いても良い。
【００５７】
また、ＫＴＮおよびＫＬＴＮにおいて、Ｎｂの化学量論係数であるｘの範囲は、０．１以上０．５以下であることが好ましい。また、ＫＬＴＮにおいて、Ｌｉの化学量論係数であるｙの範囲は、０より大であり０．１未満であることが好ましい。
【００５８】
本発明は、誘電体結晶は、単結晶であっても多結晶であっても良い。単結晶の結晶軸の１つを、エタロンに入射した光の光軸（エタロンに入射した光の透過方向）と一致させることが好ましい。このようにすることで、変調の効率を向上させることができ、また、偏波依存性を軽減することができる。また、多結晶である場合は、結晶軸が様々な方向に向いている状態であり、その中の少なくとも１つの結晶軸を光軸と一致させる。このような結晶軸の配置を取ることで、結晶は電界印加による電気光学効果を発現することができ、また変調動作を実現することができる。
【００５９】
尚、本明細書に開示する実施形態は、あくまで本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であれば、これらの各要素または全要素を含んだ各種の実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明に含まれる。
【００６０】
（第１の実施形態）
図１乃至図６を参照して本発明に係るゲートスイッチの第１の実施形態を説明する。  
図１に示すエタロン型ゲートスイッチ１００は、光入力ポート２０１と、光出力ポート２０２と、同一基板１０１に作製された２個のエタロン１０２および１０３と、ミラー２０３とを備えている。
【００６１】
基板１０１は、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する誘電体結晶からなり、エタロン１０２および１０３の一部を構成する。エタロン１０２および１０３の構成は、以下で詳細に説明する。
【００６２】
エタロン１０２および１０３は、ゲートスイッチとして機能するので、スイッチング信号を入力するための電極（図示しない）を有しており、この電極はスイッチング信号発信部（図示しない）に電気的にそれぞれが並列になるように接続されている。
【００６３】
波長λinを有する連続光（連続光λinともいう）が、光入力ポート２０１に入射されると、エタロン１０２を通過し、ミラー２０３により進行方向が反転し、エタロン１０３を通過し、光出力ポート２０２から出射する。
【００６４】
図２（ａ）および（ｂ）に、エタロン１０２および１０３を構成する物質である誘電体結晶（基板１０１）に電圧Ｖを印加していない時の、エタロン１０２および１０３の透過スペクトルをそれぞれ示す。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１０１に電圧Ｖを印加していない時のエタロン１０２の透過帯の中心波長λm（Ｖ＝０）と、エタロン１０３の透過帯の中心波長λm（Ｖ＝０）とが、連続光の波長λinに等しくなるようにする。エタロン１０２および１０３が同一基板１０１に近接して作られることによって、エタロンの屈折率ｎ、共振器長ｄが極めて近い値になり、図２に示すように、エタロン１０２および１０３のそれぞれの透過スペクトルは、極めて似たものになる。従って、エタロン１０２の透過帯の中心波長とエタロン１０３の透過帯の中心波長は極めて近い値になり、実用上、同一と考えてよい。
【００６５】
図３に、基板１０１に電圧Ｖを印加していない時に入射された連続光がエタロン１０２および１０３を連続して通過した場合の透過スペクトルを示す。図３に示すように、連続光がエタロン１０２および１０３を連続して通過した場合の透過スペクトルは、エタロン１０２および１０３の各透過スペクトルを重ね合わせたものになる。基板１０１に電圧Ｖを印加していない時、入射された連続光λinは、エタロンでの損失分を除き、エタロン１０２および１０３で減衰されることなく透過する。
【００６６】
図４（ａ）および（ｂ）に、エタロン１０２および１０３を構成する物質である誘電体結晶（基板１０１）に電圧Ｖ＝Ｖop（電界Ｅ＝Ｅop）を印加した時の、エタロン１０２および１０３の透過スペクトルをそれぞれ示す。エタロン１０２および１０３が同一基板１０１に近接して作られることによって、エタロンの屈折率ｎ、共振器長ｄが極めて近い値になり、加えて、エタロンに印加される電圧も、電気的にそれぞれが並列に接続されているため同電圧となる。このため、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、エタロン１０２および１０３のそれぞれの透過スペクトルは、極めて似たものになる。従って、エタロン１０２の透過帯の中心波長とエタロン１０３の透過帯の中心波長λop＝λm（Ｖ＝Ｖop）は極めて近い値になり、実用上、同一と考えてよい。
【００６７】
図５に、基板１０１に電圧Ｖ＝Ｖopを印加した時に、入射された連続光がエタロン１０２および１０３を連続して通過した場合の透過スペクトルを示す。図５に示すように、連続光がエタロン１０２および１０３を連続して通過した場合の透過スペクトルは、エタロン１０２および１０３の各透過スペクトルを重ね合わせたものになる。また、前述したようにエタロン１０２および１０３が同一基板１０１に近接して作られるため、図５に示すように、入射された連続光がエタロン１０２および１０３を連続して通過した場合の透過スペクトルの中心波長はλop＝λm（Ｖ＝Ｖop）となる。入射された連続光λinの透過率が小さくなるため、出力される光強度は弱くなる。従って、上記電圧を印加しない状態と電圧を印加する状態を切り替えることにより、ゲートスイッチとして機能する。
【００６８】
このように誘電体結晶を材料として、複数のエタロンを同一基板に作り、外部のミラー等を利用して光路の向きを変え、事実上同一のフィルタ特性を有するといってよい複数のエタロンを通過させることにより、極めて消光比の高いゲートスイッチを実現することができる。
【００６９】
次に図６を参照して、本実施形態のエタロン型ゲートスイッチにおけるエタロン１０２および１０３の構成を説明する。  
図６に、図１に示したエタロン型ゲートスイッチ１００のより詳細な構成を示す。エタロン１０２は、基板１０１と、基板１０１の対向する面にそれぞれ設けられた、電極およびミラーの機能を有する第１の部材１０４および第２の部材１０５とから構成される。同様にエタロン１０３は、電極およびミラーとして機能する第１の部材１０７および第２の部材１０６から構成される。
【００７０】
第１の部材１０４および１０７は１つの基板１０１の同一の面に設けられている。また、第２の部材１０５および１０６は、１つの基板１０１の、第１の部材１０４および１０７が設けられた面に対向する面に設けられている。
【００７１】
本実施形態では、第１の部材１０４および第２の部材１０６は光の入力側であり、第２の部材１０５および第１の部材１０７は光の出力側である。しかしながら、エタロン１０２から第２の部材１０５を介して出射された光を、エタロン１０３の第１の部材１０７へ入射するように構成してもよい。
【００７２】
第１の部材１０４および１０７、ならびに第２の部材１０５および１０６は、誘電体結晶と共に用いることにより、所定の周波数近傍の光を選択的に透過させ、また透過する光の周波数以外の周波数の光を反射させる機能を有する。
【００７３】
第１の部材１０４および１０７は接地されアース電極として機能する。第２の部材１０５および１０６はそれぞれ、エタロン１０２および１０３をゲートスイッチとして機能させるためのスイッチング信号発信部と電気的に並列に接続され、第１の部材１０４と第２の部材１０５との間、および第１の部材１０７と第２の部材１０６との間に電界Ｅを生じさせる電極として機能する。
【００７４】
例えば、第１の部材および第２の部材は、基板１０１に金属薄膜電極を設けて実現することができ、誘電体結晶である基板１０１に透明電極を設け、さらに透明電極に誘電体多層膜からなる誘電体多層膜ミラーを設けて実現することもできる。あるいはまた、第１の部材および第２の部材は、誘電体結晶である基板１０１に、透明電極、金属薄膜電極、および誘電体多層膜ミラーを、この順に設けて実現することもできる。
【００７５】
上記実施形態では、エタロンの数は２つであるが、エタロンの数はいくつでも構わない。また、それぞれのエタロンに電圧を印加するための電極を、それぞれのエタロンで独立して作り、配線することによって、同一電圧が印加されるようになっているが、それぞれのエタロンに同一電圧が印加されればよいのであって、同極の電極は１つとしてまとめてもよい。
【００７６】
（第２の実施形態）
図７乃至図９を参照して本発明に係るゲートスイッチの第２の実施形態を説明する。第２の実施形態のゲートスイッチは、同一基板に作成されるエタロンの数が３つで、３つのエタロンで共有され、各エタロンに同一の電圧を印加する電極が１対であるエタロン型ゲートスイッチを例示する。
【００７７】
図７に示すエタロン型ゲートスイッチ３００は、光入力ポート２０１と、光出力ポート２０２と、同一基板３０３に作製された３個のエタロン３０４乃至３０６と、２つのミラー２０３ａおよび２０３ｂとを備えている。
【００７８】
連続光λinが、光入力ポート２０１に入射されると、エタロン３０４を通過し、ミラー２０３ａにより進行方向が反転し、エタロン３０５を通過し、ミラー２０３ｂにより進行方向が反転し、エタロン３０６を通過し、光出力ポート２０２から出射する。
【００７９】
基板３０３は、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する誘電体結晶からなり、エタロン３０４乃至３０６の一部を構成する。
【００８０】
エタロン３０４乃至３０６は、基板３０３と、基板３０３の対向する面にそれぞれ設けられた、電極およびミラーの機能を有する第１の部材３０１および第２の部材３０２とから構成される。
【００８１】
本実施形態では、エタロン３０４および３０６については、第１の部材３０１が光の入力側であり、第２の部材３０２が光の出力側である。エタロン３０５については、第２の部材３０２が光の入力側であり、第１の部材３０１が光の出力側である。しかしながら、エタロン３０４から第２の部材３０２を介して出射された光をエタロン３０５の第１の部材３０１へ入射し、更にエタロン３０５から第２の部材３０２を介して出射された光をエタロン３０６の第１の部材３０１または第２の部材３０２へ入射するように構成してもよい。
【００８２】
第１の部材３０１および第２の部材３０２は、誘電体結晶と共に用いることにより、所定の周波数近傍の光を選択的に透過させ、また透過する光の周波数以外の周波数の光を反射させる機能を有する。
【００８３】
第１の部材３０１は接地されアース電極として機能する。第２の部材３０２は、エタロン３０４乃至３０６をゲートスイッチとして機能させるためのスイッチング信号発信部と電気的に接続され、第１の部材３０１と第２の部材３０２との間に電界Ｅを生じさせる電極として機能する。
【００８４】
このような構成では、スイッチング信号発信部（電圧駆動回路）とエタロンとの間の配線が２箇所で済む簡便な構造のエタロン型ゲートスイッチを提供することができる。
【００８５】
図８を参照して、本実施形態のエタロン型ゲートスイッチにおけるエタロン３０４乃至３０６の構成を説明する。図８は、エタロン３０４の拡大図である。エタロン３０４は、誘電体結晶（基板３０３）と、該誘電体結晶の光の入力側の面に接して順に設けられた第１の電極３１２および第１のミラー３１１とからなる第１の部材３０１と、該誘電体結晶の光の出力側の面に接して順に設けられた第２の電極３１４および第２のミラー３１５からなる第２の部材３０２とから構成される。
【００８６】
第１のミラー３１１と第２のミラー３１５は略並行に配置され、共振器を構成する。電極３１２と第２の電極３１４は、誘電体結晶（基板３０３）に電圧を印加する。
【００８７】
第１のミラー３１１と第２のミラー３１５は、誘電体多層膜ミラーまたは金属薄膜電極、若しくは両方を用いる実現することができる。
【００８８】
第１の電極３１２と第２の電極３１４は、透明電極または金属薄膜電極、若しくは両方を用いて実現することができる。
【００８９】
上記実施形態では、電圧をかけない時の透過率が最大になるように入力光の波長λinを選択した例を説明したが、電圧をかけない時の透過率が小さくなるように入力光の波長λinを選択して実施してもよい。その様子を図９に示す。
【００９０】
また、誘電体結晶として、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する誘電体結晶を用いることにより、入力光の偏波状態によらずに動作（偏波無依存動作）するため、その使用が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】エタロン型ゲートスイッチの模式図である。
【図２】誘電体結晶に電圧を印加していない時の、エタロンの透過スペクトルである。
【図３】誘電体結晶に電圧を印加していない時の、エタロンを連続して通過した場合の、透過スペクトルである。
【図４】誘電体結晶に電圧を印加した時の、エタロンの透過スペクトルである。
【図５】誘電体結晶に電圧を印加した時の、エタロンを連続して通過した場合の、透過スペクトルである。
【図６】エタロンの数が２つの場合を示す図である。
【図７】エタロンの数が３つ、同極の電極の数が１つの場合を示す図である。
【図８】エタロン３０４の構成図である。
【図９】電圧をかけない時に、光の透過率が小さくなるように設定したときの、ゲートスイッチの動作を示した図である。
【図１０】電圧をかけない時に、光の透過率が最大になるように設定したときの、ゲートスイッチの動作を示した図である。
【符号の説明】
【００９２】
１００  エタロン型ゲートスイッチ
１０１  基板（誘電体結晶）
１０２  エタロン
１０３  エタロン
１０４  第１の部材
１０５  第２の部材
１０６  第２の部材
１０７  第１の部材
２０１  光入力ポート
２０２  光出力ポート
２０３  ミラー
３００  エタロン型ゲートスイッチ
３０１  第１の部材
３０２  第２の部材
３０３  基板（誘電体結晶）
３０４  エタロン
３０５  エタロン
３０６  エタロン
３１１  第１のミラー
３１２  第１の電極
３１４  第２の電極
３１５  第２のミラー
【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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【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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