(57)【要約】【課題】可動部を用いることなく、ハイパワーに使用することができる透過率可変フィルタ。【解決手段】光軸上に所定周期で分極反転された所定長の第１電気光学結晶が配置され、第１電気光学結晶の両端に第１電極及び第２電極が形成された第１分極反転部１、第１電気光学結晶と対向して所定周期で分極反転された所定長の第２電気光学結晶が配置され、第２電気光学結晶が第１電気光学結晶の分極反転構造と対称な分極反転構造を有し、第２電気光学結晶の両端に第３電極及び第４電極が形成された第２分極反転部２、第１分極反転部の一端に入射面を有し第２分極反転部の一端に出射面を有し直角二等辺三角形からなるプリズム３を備え、第１電極及び第２電極間、第３電極及び第４電極間に電圧が印加される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸上に所定周期で分極反転された所定長の第１電気光学結晶が配置され、前記第１電気光学結晶の両端に第１電極及び第２電極が形成された第１分極反転部と、
前記第１電気光学結晶と対向して前記所定周期で分極反転された前記所定長の第２電気光学結晶が配置され、前記第２電気光学結晶が前記第１電気光学結晶の分極反転構造と対称な分極反転構造を有し、前記第２電気光学結晶の両端に第３電極及び第４電極が形成された第２分極反転部と、
前記第１分極反転部の一端に入射面を有し前記第２分極反転部の一端に出射面を有し直角二等辺三角形からなる光学部材を備え、
前記第１分極反転部の前記第１電極及び前記第２電極間、前記第２分極反転部の前記第３電極及び前記第４電極間に電圧が印加されることを特徴とする透過率可変フィルタ。
【請求項２】
光軸上に所定周期で分極反転された所定長の第１電気光学結晶が配置され、前記第１電気光学結晶の両端に第１電極及び第２電極が形成された第１分極反転部と、
前記光軸上に前記第１電気光学結晶と対向して前記所定周期で分極反転された前記所定長の第２電気光学結晶が配置され、前記第２電気光学結晶が前記第１電気光学結晶の分極反転構造と対称な分極反転構造を有し、前記第２電気光学結晶の両端に第３電極及び第４電極が形成された第２分極反転部とを備え、
前記第１分極反転部の前記第１電極及び前記第２電極間、前記第２分極反転部の前記第３電極及び前記第４電極間に電圧が印加されることを特徴とする透過率可変フィルタ。
【請求項３】
前記第１分極反転部と前記第２分極反転部の各々は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の透過率可変フィルタ。
【請求項４】
前記光軸が結晶のＸＹ平面内にあることを特徴とする請求項３記載の透過率可変フィルタ。
【請求項５】
前記光軸と分極反転領域の境界に垂直な方向とのなす角度と、印加される電圧と、前記所定長における前記所定周期の周期数とに応じて、透過率が変化することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の透過率可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過率を連続的に変化させることができる透過率可変フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の透過率可変フィルタとしては、特許文献１−３に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された光分岐フィルタは、多層膜が形成された第１基板と第２基板との間隔をアクチュエータで変化させることにより、多層膜の透過率を変化させている。
【０００３】
特許文献２に記載された波長可変フィルタは、多層膜の内の一層に、電圧により屈折率が変化する液晶を設け、この液晶の前後を２つの透明電極で挟み、２つの透明電極に電圧を印加することにより、液晶の屈折率を変化させている。
【０００４】
特許文献３に記載された光機能素子は、誘電体層と透明電極層とが交互に積層された積層構造を有し、積層構造の少なくとも一部において誘電体層が、透明電極層への印加電圧によって屈折率を可変させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２１９６３８号公報
【特許文献２】特許第４０７５７８１号公報
【特許文献３】特開２００９−４２３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたアクチュエータは、微細に位置を調整することができる。しかし、このアクチュエータは、壊れやすく、扱いにくかった。
【０００７】
また、特許文献２に記載された波長可変フィルタの透明電極は、一般的に吸収を持つため、ハイパワー用途には適していない。
【０００８】
さらに、特許文献３に記載された光機能素子も、透明電極を有するため、特許文献２の波長可変フィルタと同様に、ハイパワー用途には適していない。
【０００９】
本発明の課題は、可動部を用いることなく、ハイパワーに使用することができる透過率可変フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、光軸上に所定周期で分極反転された所定長の第１電気光学結晶が配置され、前記第１電気光学結晶の両端に第１電極及び第２電極が形成された第１分極反転部と、前記第１電気光学結晶と対向して前記所定周期で分極反転された前記所定長の第２電気光学結晶が配置され、前記第２電気光学結晶が前記第１電気光学結晶の分極反転構造と対称な分極反転構造を有し、前記第２電気光学結晶の両端に第３電極及び第４電極が形成された第２分極反転部と、前記第１分極反転部の一端に入射面を有し前記第２分極反転部の一端に出射面を有し直角二等辺三角形からなる光学部材を備え、前記第１分極反転部の前記第１電極及び前記第２電極間、前記第２分極反転部の前記第３電極及び前記第４電極間に電圧が印加されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、光軸上に所定周期で分極反転された所定長の第１電気光学結晶が配置され、前記第１電気光学結晶の両端に第１電極及び第２電極が形成された第１分極反転部と、前記光軸上に前記第１電気光学結晶と対向して前記所定周期で分極反転された前記所定長の第２電気光学結晶が配置され、前記第２電気光学結晶が前記第１電気光学結晶の分極反転構造と対称な分極反転構造を有し、前記第２電気光学結晶の両端に第３電極及び第４電極が形成された第２分極反転部とを備え、前記第１分極反転部の前記第１電極及び前記第２電極間、前記第２分極反転部の前記第３電極及び前記第４電極間に電圧が印加されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、周期的に分極反転された電気光学結晶を用い、この結晶の両端に電極を形成し、この電極に電圧を印加することにより、電気光学結晶の屈折率が変化する。電圧の印加により屈折率が大きくなる領域と屈折率が小さくなる領域が分極の向きと電圧による電界の方向と関係で、交互に現れる。このため、領域の界面で反射が起こる。これにより、電圧によって透過率が変化する。
【００１３】
また、電圧によって光軸が徐々にずれていくが、２つの反転対称な第１電気光学結晶及び第２電気光学結晶を用いてずれをキャンセルすることができる。
【００１４】
従って、可動部が無いため、堅牢であり、光軸上に電極がないため、電極による吸収がなくなる。このため、ハイパワーに使用することができる透過率可変フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１の透過率可変フィルタを示す図である。
【図２】本発明の実施例１の透過率可変フィルタの具体的な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の分極反転部の周期的に反転された分極の向きを示す図である。
【図４】本発明の実施例１の分極反転部のＺ軸の両端に形成された電極を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例１の透過率可変フィルタに電界が印加された各領域で屈折率差が生じたときの分極反転界面での光の進み方を示す図である。
【図６】本発明の実施例１の分極反転部に形成された電極に印加される電圧と反射率との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例１の分極反転部の光路上に分極反転周期が２５周期含まれるときの電圧と透過率との関係を示す図である。図である。
【図８】本発明の実施例２の透過率可変フィルタを示す図である。
【図９】本発明の実施例２の分極反転部のＺ軸の両端に形成された電極を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の透過率可変フィルタのいくつかの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１（ａ）は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸を示し、図１（ｂ）は、本発明の実施例１の透過率可変フィルタを示す図である。図２は、本発明の実施例１の透過率可変フィルタの具体的な構成を示す図である。
【００１８】
透過率可変フィルタは、図１（ｂ）に示すように、第１分極反転部１と第２分極反転部２とプリズム３から構成される。図１では、第１分極反転部１と第２分極反転部２とプリズム３とが離間して配置されているが、図２では、第１分極反転部１と第２分極反転部２とプリズム３とが互いに接触して配置される。これらのユニットは、最初から一体化させた状態でプロセスしても良く、あるいは、個別に作製した後にアセンブリしても良い。
【００１９】
第１分極反転部１は、Ｙ軸に平行な光軸上に所定周期で分極反転された所定長Ｌ１の第１電気光学結晶１ａが配置されている。図３は第１分極反転部１の周期的に反転された分極の向きを示す図である。分極反転の所定周期は、図３に示すように分極反転周期Ｔである。所定長Ｌ１の中には、分極反転周期Ｔが例えば２５周期含まれる。
【００２０】
第２分極反転部２は、第１電気光学結晶１ａのＸ軸上に第１電気光学結晶１ａと対向し分極反転周期Ｔで分極反転された所定長Ｌ２の第２電気光学結晶２ａが配置されている。所定長Ｌ２は所定長Ｌ１と同じである。所定長Ｌ２の中には、分極反転周期Ｔが例えば２５周期含まれる。第２電気光学結晶２ａは、Ｘ軸に対して第１電気光学結晶１ａの分極反転構造と対称な分極反転構造を有している。
【００２１】
第１電気光学結晶１ａ及び第２電気光学結晶２ａとしては、ＭｇドープのＭｇＳＬＴを用いる。あるいは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を用いても良い。
【００２２】
第１分極反転部１に入射される光は、波長λが１０６４ｎｍであり、偏光方向はＺ軸結晶軸と一致している。Ｙ軸と第１分極反転部１の分極反転領域の境界に垂直な方向とのなす角度は、時計周りにθである。Ｙ軸と第２分極反転部２の分極反転領域の境界に垂直な方向とのなす角度は、反時計周りにθである。第２分極反転部２からは、光が出射される。
【００２３】
第１分極反転部１は、図４に示すようにＺ軸の両端に第１電極４ａ及び第２電極４ｂが形成れている。第１電極４ａ及び第２電極４ｂ間には、直流電源Ｖからの電圧が印加されている。
【００２４】
また、第１分極反転部１と同様に、第２分極反転部２にも、Ｚ軸の両端に第３電極及び第４電極が形成され、第３電極及び第４電極間には、直流電源Ｖからの電圧が印加されている。
【００２５】
プリズム３は、本発明の光学部材に対応し、第１分極反転部１の一端に入射面を有し第２分極反転部２の一端に出射面を有し直角二等辺三角形からなる。プリズム３は、第１分極反転部１からの光を第２分極反転部２に導く。
【００２６】
次に、このように構成された実施例１の透過率可変フィルタの動作を説明する。第１分極反転部１の第１電極４ａ及び第２電極４ｂ間、第２分極反転部２の第３電極及び第４電極間に、直流電源Ｅから電圧が印加させると、電極間に電界が発生する。
【００２７】
すると、電気光学結晶１ａ，２ａの屈折率が変化する。電圧の印加により屈折率が大きくなる領域と屈折率が小さくなる領域が分極の向きと電圧による電界の方向と関係で、交互に現れる。このため、領域の界面で反射が起こる。これにより、電圧によって透過率、反射率が変化する。
【００２８】
例えば、ＭｇＳＬＴでＺ-側からＺ+側に向かう電界Ｅが印加されると、分極反転されていない領域は、屈折率が１／２＊ｎ３＊ｒ３３＊Ｅだけ減少し、分極反転された領域は、屈折率が１／２＊ｎ３＊ｒ３３＊Ｅだけ増加する。ここでは、元の屈折率をｎ、電気光学定数をｒ３３とした。
【００２９】
図５は、透過率可変フィルタに電界が印加された各領域で屈折率差が生じたときの分極反転界面での光の進み方を示す。図５に示すような界面について、電圧と反射率との関係を図６に示す。図６では、印加電圧を０〜６×１０５〔Ｖ／ｍ〕の間で変化させたときの反射率を表している。前述した角度θが９０度に近いと、反射率が電界に応じて大きく変化する。例えば、θ＝８９．０度では、反射率Ｒ＝０〜０．０１１の間で変化する。
【００３０】
また、図５に示すように、光が分極未反転、分極反転、分極未反転を通った場合には、光軸は元の光軸から徐々にずれていく。しかし、第１分極反転部１と第２分極反転部２には同じ電界が印加されているので、第１分極反転部１でずれた光軸は、第２分極反転部２によって元に戻る。このため、最終的なビーム出射位置は、印加電圧によって変化しない。
【００３１】
一つの分極反転部１（又は２）の光路上に分極反転周期がＮ周期含まれているとすると、界面は、その分極反転部１（又は２）に２Ｎ個含まれている。この例では、第１分極反転部１と第２分極反転部２との２個のユニットが設けられているので、全体で４Ｎ個の界面がある。反射率Ｒは小さいので、透過率Ｔは（１−Ｒ）４Ｎで概算される。
【００３２】
図７では、角度θが８９度で、一つの分極反転部の光路中に分極反転周期が２５個含まれるとき、第１分極反転部１で５０境界、第２分極反転部２で５０境界の合計１００境界を光が通過する。このとき、透過率Ｔを（１−Ｒ）100で概算した。透過率Ｔは、印加電界０〜６×１０５〔Ｖ／ｍ〕に応じて１〜０．３３の間で変化させることができる。
【００３３】
このように実施例１の透過率可変フィルタによれば、周期的に分極反転された電気光学結晶１ａ，２ａを用い、この結晶１ａ，２ａの両端に電極４ａ，４ｂを形成し、この電極４ａ，４ｂに電圧を印加することにより、電気光学結晶１ａ，２ａの屈折率が変化する。電圧Ｖの印加により屈折率が大きくなる領域と屈折率が小さくなる領域が分極の向きと電圧Ｖによる電界Ｅの方向と関係で、交互に現れる。このため、領域の界面で反射が起こる。これにより、電圧Ｖによって透過率Ｔが変化する。
【００３４】
また、電圧Ｖによって光軸が徐々にずれていくが、２つの反転対称な第１電気光学結晶１ａ及び第２電気光学結晶２ａを用いて、ずれかをキャンセルすることができる。
【００３５】
従って、可動部が無いため、堅牢であり、光軸上に電極がないため、電極による吸収がなくなる。このため、ハイパワーに使用することができる透過率可変フィルタを提供することができる。
【実施例２】
【００３６】
図８は、本発明の実施例２の透過率可変フィルタを示す図である。図９は、本発明の実施例２の分極反転部のＺ軸の両端に形成された電極を示す断面図である。
【００３７】
実施例２の透過率可変フィルタは、第１分極反転部１１と第２分極反転部１２とを備えて構成される。
【００３８】
第１分極反転部１１は、図８（ｂ）に示すように、Ｙ軸に平行な光軸上に分極反転周期Ｔで分極反転された所定長Ｌ３の第１電気光学結晶１１ａが配置され、図９（ｂ）に示すように第１電気光学結晶１１ａのＺ軸の両端に第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂが形成されている。所定長Ｌ３の中には、分極反転周期Ｔが例えば２５周期含まれる。
【００３９】
第２分極反転部１２は、Ｙ軸に平行な光軸上に第１電気光学結晶１１ａと対向し分極反転周期Ｔで分極反転された所定長Ｌ４の第２電気光学結晶１２ａが配置される。
【００４０】
所定長Ｌ４は所定長Ｌ３と同じである。所定長Ｌ４の中には、分極反転周期Ｔが例えば２５周期含まれる。第２電気光学結晶１２ａがＸ軸に対して第１電気光学結晶１１ａの分極反転構造と対称な分極反転構造を有し、第２電気光学結晶１２ａのＺ軸の両端に第３電極及び第４電極が形成されている。
【００４１】
第１電気光学結晶１１ａ及び第２電気光学結晶１２ａとしては、ＭｇドープのＭｇＳＬＴを用いる。あるいは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を用いても良い。
【００４２】
第１分極反転部１１に入射される光は、波長λが１０６４ｎｍであり、偏光方向はＺ軸結晶軸と一致している。Ｙ軸と第１分極反転部１１の分極反転領域の境界に垂直な方向とのなす角度は、時計周りにθである。Ｙ軸と第２分極反転部１２の分極反転領域の境界に垂直な方向とのなす角度は、反時計周りにθである。第２分極反転部１２からは、光が出射される。
【００４３】
第１分極反転部１１は、図９に示すようにＺ軸の両端に第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂが形成れている。第１電極４ａ及び第２電極４ｂ間には、直流電源Ｖからの電圧が印加されている。
【００４４】
また、第１分極反転部１１と同様に、第２分極反転部１２にも、Ｚ軸の両端に第３電極及び第４電極が形成され、第３電極及び第４電極間には、直流電源Ｖからの電圧が印加されている。
【００４５】
このように構成された実施例２の透過率可変フィルタによれば、周期的に分極反転された電気光学結晶１１ａ，１２ａを用い、この結晶１１ａ，１２ａの両端に電極１４ａ，１４ｂを形成し、この電極１４ａ，１４ｂに電圧を印加することにより、電気光学結晶１１ａ，１２ａの屈折率が変化する。電圧Ｖの印加により屈折率が大きくなる領域と屈折率が小さくなる領域が分極の向きと電圧Ｖによる電界Ｅの方向と関係で、交互に現れる。このため、領域の界面で反射が起こる。これにより、電圧Ｖによって透過率Ｔが変化する。
【００４６】
また、電圧Ｖによって光軸が徐々にずれていくが、２つの反転対称な第１電気光学結晶１１ａ及び第２電気光学結晶１２ａを用いて、ずれかをキャンセルすることができる。
【００４７】
従って、可動部が無いため、堅牢であり、光軸上に電極がないため、電極による吸収がなくなる。このため、ハイパワーに使用することができる透過率可変フィルタを提供することができる。
【００４８】
なお、実施例１及び実施例２では、光軸が結晶のＹ軸に平行としたが、光軸が結晶のＸＹ平面内にあってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、パワー可変レーザに利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１１  第１分極反転部
２，１２  第２分極反転部
１ａ，１１ａ  第１電気光学結晶
２ａ，１２ａ  第２電気光学結晶
３  プリズム
４ａ，１４ａ  第１電極
４ｂ，１４ｂ  第２電極
Ｅ  直流電源
【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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