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    • 专利摘要:

    公开号:WO1984002010A1
    申请号:PCT/JP1983/000402
    申请日:1983-11-10
    公开日:1984-05-24
    发明作者:Makoto Kitabatake；Kentaro Setsune；Kiyotaka Wasa
    申请人:Matsushita Electric Ind Co Ltd；
    IPC主号:G02F1-00
    专利说明:
    [0001] • 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 光ハ *ノレブ
    [0004] 技術分野
    [0005] 5 本発明は光をオン · オフするための光バルブ を与える。 特 にレ -ザ -光線あるいは白色光線をオ ン ·ォフする高速光バル ブの基本構成に関するものである。
    [0006] 背景技術
    [0007] 従来の光バルブたとえば回転チョ ッパゃ回転鏡などの機械的 t o バルブでは、 そのス ィ ッ チ速度がたかだか数 1 o kHzが限度であ る。 光バルブをたどえば高品位の画像処理に用いようとすると、 ス ィ ツチング速度と して数 1 o ¾が必要とされ、 上述のよ うる 従来の機械的バルブはこの種の用途には実用性に欠く 。
    [0008] 発明の開示
    [0009] 1 5 本発明はこのよう ¾従来の問題に鑑み、 電気的に光をス ィ ッ チする新規る高速光バルブを提 '供することを目的とする。
    [0010] 本発明の光バルブは、光の入力面と光の出力面とを有する透明 プリ ズムの底面に、 反射制御層を設けて、 この反射制御層に 電気信号を印加することによ i 、 光のスィ ツチングを行るえる 0 よ うにしたものである。
    [0011] 図面の簡単 説明
    [0012] 第 1 図は本発明の光バルブの基本構成の断面図、 第 2図は本 発明の一実施例の光バルブの要部構成を示す断面図、 第 3図は 本発明の改良された光バルブの断面図、第 4図は発熱体を示す図である 0 25 発明を実施するための最良の形態
    [0013] -wipo ' 第 1 図を用いて、 本発明の光バルブの基本構成について説明 する。 同図において、 本発明の光バルブ 1 Oは、 光の入力面1 1 と光の出力面 1 2を有する透明 プ リ ズム 1 3において、 上記 プ リ ズム 1 3の底面 1 4に反射制御層 1 5を設けたことを特徵 と している。 この場合、 上記ブリ ズ ム 1 3の光屈折率を反射制 御層 1 5のそれよ 大き くする。 光線 1 6を、 プリズム 1 3に、 の光の入力面 1 1 よ 底面中央 O点へ向けて入射角 で入射 させると、 上記入射角 Sがプ リ ズム 1 3と反射制御層 1 5 とで 決まる全反射臨界角よ ]9大きい範囲では、 上記入射光 1 6は、 プ リ ズム 1 3の底面中央 O点で全反射し、 光の出力面 1 2から 反射光 1 6 1 と して反射される。 つま j 、 入射角 eを上記臨界 角よ ]3わずかに小さ く しておく と、 全反射条件が満たされなく な ]9、 入射光 1 6は底面中央 O点を通過し、 透過光 1 6 2 とし てプ リ ズム底面 1 4から放出される 。 こ こで、 上記反射制御層 1 5の光の屈折率をたとえば外部からの電気信号で減少させる と、 上記全反射条件を満たすこ'ととな ]9、 反射光 1 6 1 と して 放出される。 また、 この逆も可能である。 すなわち、 入射光 16 は、 電気信号によ ]9、 反射光 1 © 1 あるいは透過光 1 6 2のい ずれかにス ィ ツチされ、 光バルブとして動作する。
    [0014] 発明者らは、 上記反射制御麿 1 5を、 膜厚が入射光 1 6 の波 長以上の薄膜電気光学材料、 たとえば、 L iNb〇3 , L i TaOs , P LZ T C (Pb ,La) (Zr ，T i )03〕 , P B Z T ( Pb ,Ba)(Zr , T i )03〕，P S Z T (Pb ( Sn , Z r，T i )03〕 ,K T N C ( Ta ， Nb)03〕，S BN〔 (S r , Ba )Nb2Oe〕 ¾どの AB 0„型構造の 薄膜で構成し、 上記反射制御層 1 5の O点周囲に電気信号とし て電界を加えると、 O点周囲の屈折率が減少し、 上述した光バ ルブと しての動作をすることを確認した。 この電界は、 たとえ ば、 反射制御層 1 5の表面 1 7に一対の平行電極を O点をはさ んで設け、 この電極間に電圧を加えて印加する。
    [0015] 上記薄膜電気光学材料と して、 電界印加による屈折率の変化 が十分大きければ、 たとえば屈折率の変化が 1 O 〜 1〇 であ れば、 上述した AB03型構造以外の材料でもよ く 、 特に AB03 型構造の材料に限られるものでは い。
    [0016] 発明者らは、 上記反射制御層 1 5を膜厚が光線 1 6の波長以 上の薄膜熱感受性光学材料 （熱によ 屈折率が顕著に変化する 薄膜光学材料 ）、 たとえば L iNb03 , L i TaOs ， P L Z T , P B Z T ， P S Z T ， KT N ， S BN ¾どの ABC 3 型化合物、 B GO ( B i 1 2Ge02Q ) ， B S O (B i 1 2 S i020 ) どのシレナ ィ ト化合物、 または、 T i02 ，Nb205 るどの遷移金属の酸化 物で構成し、 上記反射制御層 1 5の O点近傍に熱を加えると、 O点周囲の屈折率が増加し、 上'述した光バルブと して動作をす ることを確認した。 この熱は、 たと'えば、 反射制御層 1 5の表 面1 · 7の O点周囲に、 薄膜抵抗発熱体、 たとえばニク ロ ム薄膜 を設け、 この発熱体に電気信号と して電流を流すことによ 発 生させることができる。 この発熱体を、 第 4図に示すよ う 馬 てい形の形状にするとその両端間に電圧を印加し、 通電させる よ うにすると、 効果的である。 上記薄膜熱感受性光学材料の電 気絶縁性が低いときには、 上記薄膜抵抗発熱体を設けずに、 直 接、 一対の平行電極を薄膜熱感受性光学材料の表面 1 ァに O点 をはさんで設け、 この電極間に電圧を印加して、 電流を上記薄 • 膜熱感受性光学材料に流して発熱させても よい。
    [0017] 第 1 図に示した光バルブ 1 oにおいて、 o点での透過光線 1 6 2は反射制御層 1 5の表面 1 7が平滑であれば、 表面 1 了 で全反射してプリ ズム 1 3内に入 ] 込み、 反射光 1 6 1 の近傍 5 を通過するから、 光バルブ 1 Oの消光比が悪く なる。 本発明で は、 透過光 1 6 2が効果的にプ リ ズム外部へ放出されるように、 表面 1 7を第 2図 ( に示すよ うに粗面にし、 全反射を防止して る。 さ らに、 粗面の構造は第 2図 (b)に示すよ うに鋸歯状のス ト ラィ ブ搆造と し、 ス ト ライ プをその長さ： 5向が透過光 1 6 2 i o の方向と直交するよ うに形成すると、 よ i 効果的に透過光線
    [0018] 1 6 2がプ リ ズム外に放出され、 光バルブと しての特性、 たと えば消光比が改善されるのを発明者らは確認した。
    [0019] 第 3図は、 第 1 図に示した光バルブ 1 Oがさ らに改良された 構造を示す。 この光バルブ 3 Oでは、 上記反射制御層 1 5の表
    [0020] 1 5 面 1 7に、 光の屈折率がプ リ ズム 1 3 と同一かそれよ 大きい 光学材料のブリ ズム 3 2を張 合わせると、 透過光 1 6 2のブ リ ズム外への放出を容易にし、 光バルブと しての動作特性たと えば消光比が増大すると と もに、 スィ ッチンク'動作がよ 安定 になることを発明者らは確認した。
    [0021] 20 ブ リ ズム 1 3 ， 3 2 の光の入力面 1 1 、 および出力面 1 2 ，
    [0022] 3 3に、 それぞれ光の無反射コ - ト層を形成することによ j 、 光の強度を上げることができ、 よ 有効なスィ ツチングを行え ること も発明者らは確認した。
    [0023] お、 上記プ リ ズム 1 3の構成材料と しては、 スィ ツチさせ
    [0024] 25 る光線に対して透明の高屈折率物質を用いる。 たとえば可視光 一 OMPI • 線ではルチル （T i02 ) ，赤外光線では GaP を用いる。
    [0025] 反射制御層の薄膜電気光学材料は、 単結晶 · 多結晶構造をと るが、 薄膜熱感受性光学材料は結晶構造を必ずしもとる必要は. ¾ く、 非晶質構造でも有効である。 たとえば非晶質の LiNb03 薄膜が熱によ j 顕著に屈折率が変化し、 その変化量は単結晶の L iNb03 の電気光学効果よ 2桁以上大きい。
    [0026] 実施例 1
    [0027] 本発明の実施例を第 1 図を用いて説明する。
    [0028] 同図において、 d = 61 。の屈折率 2.6のルテルプ リ ズム 1 3 を用いた。 その底面 1 4に反射制御層と して屈折率 2,25 の非 晶質 L iNbOg 薄膜 1 5を 1 の厚さにス パッタ蒸着し、 そ の表面 1 ァを 8 Ο O番の砥粒で研磨して粗面にし、 さ らにニク ロ ム薄膜を蒸着した。 プ リ ズム 1 3の光の入力面 1 1 から、 こ の面と垂直に He- Ne レ -ザ -光 1 6を入射させた。 この場合、 プ リ ズム 1 3 と L iNb03 薄膜 1 5 との界面 1 4での反射につ . いての臨界角は 59.9。で、 この'場合の入射角 dが 61 0では全反
    [0029] • 射が起こる。 ここで上記ニク ロ ム薄膜に通電すると、 熱によ 、 上記 L iNbOs 薄膜 1 5 の屈折率が増加し、 2 *3となる。 この 場合の臨界角は 62.2。 と 、 入射角 が61 0の入射光は界 面 1 4で全反射し い。 上記ニク ロ ム薄膜 1 5に対する通電を やめると、 屈折率はもとにも ど i9、 再び全反射するよ うに つ た。 この場合の反射光 1 6 1 の強度比は、 オン時が 1， Oである のに対して、 オフ時は o.1であった。 本実施例においてのス ィ ツ チ ングタ ィムは数マイ ク ロ秒であった。
    [0030] 実施例 2 本発明のも う一つの実施例について、 第 3図を用いて説明す る。 本実施例の光バルブ 3 Οにおいては、 実施例 1で LiNb〇3
    [0031] 薄膜 1 5の表面 1 7を粗面にする代わ ] に、 L iNb03薄膜 15
    [0032] の表面に、 プ リ ズム 1 3 と同じプ リ ズム 3 2を張 合わせた。
    [0033] このようにすると、 上記界面1 4を通過した光 1 6 2は、 乱反 射すること しに、 プ リ ズム 3 2の側面 3 3から放射された。
    [0034] この場合、 角度やその他の条件は実施例 1 と同様であるが、 反 射光 1 6 1 の強度比は、 オン時が 1 .0であるのに対して、 才フ 時は O.OS であった。
    [0035] 実施例 3 '
    [0036] 実施例 2 と同様の構成で、 厚さ 2 "πι の反射制御層 1 5を
    [0037] P L Z T 9 6 5 Z3 5薄膜電気光学材料を用いて形成し、 こ の反射制御層 1 5上に二つの電極を 1 扉の幅で蒸着し、 1 KV
    [0038] の電圧を上記電極間に印加することによって、 オン時 1 .0、 ォ フ時 O.OS の反射光 1 6 1 の消光比を得た。 この場合のス ィ ッ チ速度は S O ナノ秒であった。
    [0039] またこれらの反射制御層の化学組成も、 たとえば P L Z Tの 場合、 La ，Zr 量が大巾に変化して、 Z r = 0 〔 P L T ) ，
    [0040] Z r = La =0 C P T ) と ¾つても実用に供し得ることを発明者 らは確認している。
    [0041] 産業上の利用可能性
    [0042] 本発明の光バルブは、 高速で光をオ ン · オ フ できるとともに、 光も レ -ザ-光から白色光に至るすべての光に対して光バルブ としての動作を示すので、 光通信用のス ィ ッチゃ変調器 どの光 部品にのみならす、 投射型テ レ ビ ジ ョ ン受像機や光を使用した
    [0043] OMPI
    [0044] 、 プ リ ンタ など各種の機器の要素部品と して有効で、 その産業上 の価値は高い。
    [0045] " OM し
    权利要求:
    Claims • 請 求 の 範 囲
    1 . 光の入力面と光の出力面を有する透明 ¾プリ ズムにおいて、 前記プリズムの底面に反射制御層を設けたことを特徵とする光 ノレ ブ o
    5 2 . 請求の範囲第 1 項において、 プリ ズムの光屈折率を反射制 制層の光屈折率よ ]9大き く したことを特徵とする光バル ブ 。
    3 . 請求の範囲第 1 項において、 反射制御層を少なく と も膜厚 が光波長以上の膜厚電気光学材料で構成したことを特徵とする 光バル ブ。
    0 4 . 請求の範囲第 1 項において、 反射制御層を少なく と も膜厚 が光波長以上の薄膜熱感受性光学材料で構成したことを特徵と する光バルブ。
    5 . 請求の範囲第 1 項において、 反射制御層の表面を粗面にし たことを特徵とする光バル ブ 。
    〗½: 6 . 請求の範囲第 1 項において、 反射制御層の表面に、 光屈折 率がプリ ズ ム と同一かそれよ j '大きい光学材料のプリ ズムを張 )合わせたことを特徵とする光バル ブ 。
    ァ . 請求の範囲第 1 項または第 6項において、 プリ ズムの表面 に無反射コ - トをほどこ したことを特徵とする光バル ブ 。
    20 8 . 請求の範囲第 3項において、 薄膜電気光学材料を AB03型 構造の薄膜で構成したことを特徵とする光バル ブ。
    9 . 請求の範囲第 4項において、 薄膜熱感受性光学材料が AB 03型化合物 ， シ レナイ ト化合物 ， および遷移金属の酸化物 のうちから選ばれた少¾く とも一つであることを特徵とする光 25 ノレ ブ o
    NA • 10. '請求の範囲第 4項において、 薄膜熱感受性光学材料からる る反射制御層と して、 電気伝導性の膜を用い、 それに直接電極 を設けたことを特徵とする光バルブ。
    11. 請求の範囲第 4項において、 薄膜熱感受性光学材料で構成 された反射制御層に発熱体と して-ク ロ ム薄膜を積層したこと を特徵とする光バルブ。
    12. 請求の範囲第 4項において、 薄膜熱感受性光学材料から る反射制御層に馬てい形の薄膜発熱体を積層したことを特徴と する光バルブ。
    13. 請求の範囲第 8項または第9項において、 AB03型化合物 と して、 L iNbO^ ，L i Ta03 ， P L Z T , Ρ Β Ζ Τ , ΚΤΝまたは
    S B Nを用いたことを特徵とする光バルブ。
    14. '請求の範囲第 4項において、 薄膜熱感受性光学材料が BGO，
    B S O , T i02 または Nb2〇5 であることを特徵とする光バル ブ。
    15. 請求の範囲第 1 項または第'6項において、 プ リ ズムと して ルテルまたは GaP のプ リ ズムを用いたことを特徵とする光バ ノレブ。
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    US4796982A|1989-01-10|
    EP0124622A1|1984-11-14|
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    EP0124622B1|1991-01-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-05-24| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1984-05-24| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1984-07-11| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1983903566 Country of ref document: EP |
    1984-11-14| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1983903566 Country of ref document: EP |
    1991-01-30| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1983903566 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP57198688A|JPH0473129B2|1982-11-11|1982-11-11||DE19833382151| DE3382151D1|1982-11-11|1983-11-10|Lichtventil.|
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