JP2552038B2

JP2552038B2 - 光学素子

Info

Publication number: JP2552038B2
Application number: JP3150445A
Authority: JP
Inventors: 光夫平松; 伊助平野; 達雄藤波
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPH05249504A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は外部電界の印加により屈
折率が変化する光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】外部印加電界により屈折率を変化させる
方法としては、非線形光学効果を利用する先行技術があ
る。一方、イオンを高温、高電圧下で除去し、イオンの
涸渇によりガラスの物性として屈折率を低下させたり、
電界移入法によりガラス基板にドーパントを移入した
り、イオン交換により屈折率のグラジエントを持つ光学
ガラスを作製する先行技術がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】非線形光学効果を用い
る方法は、数ＫＶという高電圧を印加する必要があり、
また、その高電界のため破壊が起こってしまう場合もあ
る。しかも、生じる屈折率変化が、あまり大きくないと
いう欠点がある。一方、イオンを注入したり除去したり
する方法により、物性の一つとしての屈折率を変えるこ
とは可能である。しかし、これはあくまでも不可逆的な
変化であり、可逆的な屈折率の制御をすることはできな
い。

【０００４】そこで本発明は、屈折率を可逆的に制御で
き、また、低電圧動作が可能となる光学素子を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学素子
は、透光性容器と、これに収容されたイオンを含む液体
と、液体と接触する透光性容器の内面に設けられた一対
の電極とを備え、一対の電極間に所定の電位差を与える
ことにより液体内にイオン伝導を生じさせて液体の屈折
率を可逆的に変化させるようにしたことを特徴とする。

【０００６】また本発明の光学素子は、上述の光学素子
の他に、透光性の無機固体と、無機固体の表面に設けら
れた一対の電極とを備え、一対の電極間に所定の電位差
を与えることにより無機固体にイオン伝導を生じさせ
て、無機固体の屈折率を可逆的に変化させるようにした
ことを特徴とする。

【０００７】なお、前述の無機固体は膜状に形成され、
一対の電極は、膜状の無機固体の両面にそれぞれ設けら
れて平板状をなし、両面から一対のガラス板により挟持
されているもの、あるいは前述の透光性容器は互いに近
接して平行に配線された一対のガラス板で構成され、液
体は一対のガラス板の間に一対の電極を介して挟まれて
膜状をなしているものであってもよい。

【０００８】さらに、一対の電極の少なくとも光入射側
が透光性の導電材料により形成されていることが望まし
い。

【０００９】

【作用】本発明によれば、液体あるいは無機固体中のイ
オン伝導に基づいて屈折率が可逆的に変化され、これに
より光学素子の透過光あるいは反射光の変調が、可逆的
に制御される。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１の実施例に係る光学
素子の構造を示す図である。図示されるように透光性容
器としてガラス板を用い、ガラス板３３を底面とするセ
ルの側面３１及び３２の内面には、膜状の電極２１、２
２が形成されている。このセル中には、臭化テトラブチ
ルアンモニウム１ｍｍｏｌを溶解させた、ジメチルホル
ムアミド溶液が注入されており、単一の光学素子を形成
している。なお、膜状の電極２１、２２の間には、スイ
ッチの操作によって、極性の反転した電位差Ｅが印加さ
れるようになっている。

【００１２】上記の光学素子において、電極２１、２２
の間に電位差Ｅを所定の極性で印加すると、液体である
イオン伝導体１に含まれるイオンが移動し、等価的に分
極が生じる。すると、電極２１、２２との間の一方の界
面でイオン伝導体１の屈折率は高くなり、他方の界面で
低くなる。このためこの界面における光の反射率や透過
率、あるいは全反射条件を切り換え得るので、光の変調
を行うことができる。この屈折率は印加電界により可逆
的に制御できるので、結果として可逆的な光変調が実現
できる。

【００１３】次に、図２に基づき、上述の光学素子を用
いた場合の屈折率変化の測定例を説明する。入射光は光
源４である波長６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ装置
から発せられ、Ｐ偏光、入射角６０°でガラス板３１に
入射させる。入射後の光路としては、ＩＴＯ（インジウ
ムチンオキサイド）からなる透明電極２１とガラス板３
１の界面で反射する光路Ａ１、透明電極２１とイオン伝
導体１の界面で反射する光路Ａ２及びイオン伝導体１を
透過する光路Ａ３がある。ここで、光路Ａ１及びＡ２に
ついてはシリコンフォトダイオード５で、光路Ａ３につ
いてはシリコンフォトダイオード６でそれぞれ検出す
る。図３は、この状態で、透明電極２１、２２の間に±
１Ｖを印加した場合の反射光の測定結果を示したもので
ある。＋１Ｖの電位差を与えた場合と−１Ｖの電位差を
与えた場合ではイオン伝導体１の屈折率が１．４４２９
３から１．４４９８７に可逆的に変化し測定される反射
光の反射率に変化が生じている。この測定結果より、イ
オン伝導体１に電位差を与えることによってイオン伝導
が生じ、屈折率が可逆的に変化され、これにより反射光
の変調ができることがわかった。

【００１４】なお、用いる溶媒としては、ジメチルホル
ムアミド以外にも、電気分解反応を起こしにくい溶媒な
ら使用が可能であり、例えば、ジメチルスルホキシド、
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートあるい
はアセトニトニルが挙げられる。

【００１５】本発明ではこの他にもイオン伝導体１の組
成は多種多様な組合わせが可能である。溶媒に溶解させ
るイオンのカチオン種としては、テトラブチルアンモニ
ウム以外にも例えばテトラフェニルアンモニウム、テト
ラブチルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウム、
あるいは各々の相当するトリブチル体、トリフェニル
体、ジブチル体、ジフェニル体、モノブチル体、モノフ
ェニル体、あるいはリチウムカチオンもまた可能であ
る。一方、溶媒に溶解させるイオンのアニオン種として
は、臭化物アニオン以外にも塩化物アニオン、フッ化物
アニオン、ヨウ化物アニオン、あるいは、ヘキサフルオ
ロホスフェイト、テトラフルオロボレートなども可能で
ある。

【００１６】以上説明してきた光学素子には、イオン伝
導体としてイオンを含む液体を用いたが、本発明ではこ
の他にも、膜状に形成された透光性の無機固体、例えば
ナトリウムイオンを含むβ−アルミナあるいはＲｂ₄Ｃ
ｕ₁₆Ｉ₇Ｃｌ₁₃を用い、その両面に平板状の電極が設け
られた無機固体を一対のガラス基板で挟持した光学素子
によって、上述の実施例同様の効果を得ることができ
る。

【００１７】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り本発明では、
イオン伝導に基づいて屈折率が可逆的に変化され、これ
により光学素子の透過光あるいは反射光の変調が、可逆
的に制御される。このため、屈折率を可逆的に制御で
き、また、低電圧動作が可能となる光学素子を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る光学素子の基本構成図である。

【図２】本発明者による具体的な実験の説明図である。

【図３】実験結果の説明図である。

【符号の説明】

１…イオン伝導体２１、２２…透明電極３１、３２…透光性容器側面４…光源５、６…シリコンフォトダイオード

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性容器と、これに収容されたイオン
を含む液体と、前記液体と接触する前記透光性容器の内
面に設けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極間
に所定の電位差を与えることにより前記液体内にイオン
伝導を生じさせて当該液体の屈折率を可逆的に変化させ
るようにしたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】透光性の無機固体と、前記無機固体の表
面に設けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極間
に所定の電位差を与えることにより前記無機固体にイオ
ン伝導を生じさせて、当該無機固体の屈折率を可逆的に
変化させるようにしたことを特徴とする光学素子。
【請求項３】前記無機固体は膜状に形成され、前記一
対の電極は、前記膜状の無機固体の両面にそれぞれ設け
られて平板状をなし、両面から一対のガラス板により挟
持されている請求項２記載の光学素子。
【請求項４】前記透光性容器は互いに近接して平行に
配線された一対のガラス板で構成され、前記液体は前記
一対のガラス板の間に前記一対の電極を介して挟まれて
膜状をなしている請求項１記載の光学素子。
【請求項５】前記一対の電極の少なくとも光入射側が
透光性の導電材料により形成されている請求項１、２、
３、または４記載の光学素子。