ポッケルス 効果。 Qスイッチについて

「水」に巨大なポッケルス効果,東京理科大学らが実験で観測 ≪訂正あり≫

ポッケルス 効果

ポッケルス効果の原理について ポッケルス効果の原理について教えてください。 ポッケルス効果と電圧を加えると屈折率が変化する現象の事で、圧電体に現れる現象の事です。 その原理を調べていて色々本を読んでいるのですが、電圧印加によって屈折率楕円体が変形し、屈折率が変化するとあります。 屈折率楕円体の変形により屈折率が変化するのはわかるのですが、なぜ屈折率楕円体が変形するのか分かりません。 圧電体に現れる現象ということで電圧印加で逆圧電効果により結晶が変形し、屈折率楕円体が変形するというなら分かるのですが、そのように書いてある文献も見つかりませんし、違う気もします。 なので、電圧印加によって屈折率楕円体が変形する原因を教えてください。 もしくは参考になる文献を教えていただけるとありがたいです。 屈折率は誘電率と密接な関係があり、屈折率の二乗が誘電率になります。 屈折率楕円体が電界を加えると変化するというのは誘電率楕円体が変形するとも言えますね。 圧電体はイオン結晶です。 電界を印加すると正負のイオンが変形してそれが分極となるのですが、実は電界の強さと分極の大きさは比例しません。 結晶構造の制約のために動きうるイオンの範囲があるのです。 このように電界の大きなところで分極または電気変位が次第に飽和する現象は電歪効果とよばれます。 屈折率は光の領域の振動する電界が印加されたときに生じる電荷 イオン の動きです。 バイアスによってイオンがすでに偏っているところに小振幅の振動電界が加わっても、それにともなうイオンの動きはバイアスのないときに比べて小さくなるのです。 巨視的な説明をするなら、「圧電体に現れる現象ということで電圧印加で逆圧電効果により結晶が変形し、屈折率楕円体が変形するというなら分かるのですが」というのも間違いではありません。 結晶の物理的性質はイオンの並び方の性質です。 それが変形すれば当然物理的性質も変化します。

次の

「水」に巨大なポッケルス効果,東京理科大学らが実験で観測 ≪訂正あり≫

ポッケルス 効果

このポッケルス効果はもともと結晶材料に固有の機能性ですが、光に対して受動的な機能しか持たないガラスにも結晶化によって付与することができます。 従来の結晶材料から成る光制御デバイスはファイバー形態とすることが困難であり、ガラス光ファイバーによって構成される情報通信ネットワークへの導入に問題を抱えています。 開発に成功した結晶化ガラスは、同グループにより実用レベルの光透過性がすでに達成されており、さらに今回の研究成果によって、安価で量産性に富み、かつファイバー形状への成形性に優れるというガラス材料の特徴に加え、結晶機能も同時に活用することが可能となりました。 このように、結晶化ガラスはガラスと結晶という全く異なる構造を有する両材料の特徴を併せ持つ画期的な材料であり、これまでの結晶デバイスに置き換わり、ファイバーネットワークとの整合性の高い革新的なアクティブ光ファイバー型デバイスなど、新デバイス開発や高度機能化が大いに期待されます。 本研究の内容は、英国オンライン科学誌「Scientific Reports」(7月17日)に掲載されました。 【研究の背景】 長距離かつ大容量データの送受信システムを支える光通信は、メールや動画の配信はもとより大規模災害における情報伝達など、我々の生活にとって欠かせないインフラ技術となっています。 この情報通信システムには、光源となる半導体レーザーに加えて、光スイッチや光変調器などの光信号制御デバイスおよび光伝送のための光ファイバーが不可欠です。 光制御デバイスの動作原理として、電気光学効果の一種であるポッケルス効果などが活用されますが、これらは一般に、ニオブ酸リチウム(LiNbO 3)などの単結晶材料が用いられます。 一方、低損失で光を伝送する光ファイバーはガラス材料から作製されており、主な原料は二酸化ケイ素(シリカ、SiO 2)であることから、地殻中に豊富に存在するケイ酸塩鉱物が利用できます。 このシリカガラスは安価でかつ量産性に優れる光学材料ですが、ガラスを特徴付ける不規則でランダムな構造ゆえに、前述した光学単結晶に固有のポッケルス効果を持ち合わせません。 現在主流となっている光学単結晶は育成に時間を要しかつ高コストであることから、もしガラスの成形性・大規模生産性と単結晶の光波制御性を併せ持つこれまでにはない新しい材料が実現すれば、現行のファイバーネットワークとの親和性の高い、安価かつ量産性に優れた光波制御デバイスの創製が可能となります。 ガラスと結晶の特徴を併せ持つ新しい光デバイス材料として、この結晶化ガラスの材料応用を推進しています。 一例として、ガラスファイバーにレーザー照射によって局所的な結晶化を施し、アクティブな光制御性を有するファイバー型デバイスが可能であることを世界に先駆けて実証しています。 また、長さ0. 前駆体となるガラスは、ポッケルス効果を有するフレスノイト型Sr 2TiSi 2O 8結晶に加えて、ガラス形成に必要なSiO 2を過剰添加した組成によって得られます。 それを熱処理することで結晶化ガラスが創製されますが、試料全体を機能材料とするために、光機能性に寄与しない過剰成分であるSiO 2を、単結晶ドメイン中にナノ粒子化して取り込むという先駆的なナノ結晶化テクノロジーがこの材料には適用されています。 さらに、結晶とガラスの間で屈折率が整合するように調整することで境界面の光散乱が最小となるようにデザインされています(図1b)。 (a)フレスノイト型Sr 2TiSi 2O 8単相からなる完全表面結晶化ガラスの偏光顕微鏡写真。 前駆体ガラスの両方の表面から内部に向かって単結晶ドメインが成長する。 (b)単結晶ドメイン中の透過型電子顕微鏡写真。 過剰に添加されたSiO 2がナノサイズの非晶質粒子としてドメインに凍結されている。 現行のニオブ酸リチウムによる光スイッチでは、この光学結晶を電極で挟み込み、外部から電圧を印加することでポッケルス効果を介した屈折率変化により信号光強度・位相を変化させます。 本研究においても、得られた完全表面結晶化ガラスを切削加工し、試料上下に電極を固着することで基本的なポッケルス効果型デバイスを構築しました(図2a)。 結晶化試料領域に信号光であるレーザー光を入射し、電圧(三角波)を印加した結果、明瞭な信号強度の変化を観測することに成功しました(図2b)。 これは、この結晶化ガラスが持つ結晶では到底ありえない特異な分極構造に由来しており、実用的にも偏光方向に依存しない等方的な光制御が可能であることを意味しています。 結晶材料にはないこの特徴は、偏光方向の変動が避けられない円対称性のファイバー型デバイスを構築する上で極めて有利な材料特性であると言えます。 このように、多結晶セラミックス材料である結晶化ガラスにおいて、高度な光信号処理が可能となることを実証しました。 (a)ポッケルス効果の測定用試料。 完全表面結晶化ガラス試料を電極で挟み込み、光硬化性樹脂により固定した。 ポッケルス効果はTEモード(transverse electric wave)およびTMモード(transverse magnetic wave)において測定を行った。 (b)測定試料への電圧印加による入射光強度の変化。 光強度が電圧に応じて変調されていることが確認された。 【今後の展開】 通常のセラミックスなどの多結晶材料は、材料全体としての結晶方位はランダムであり、さらに結晶界面や欠陥(空孔)の存在により光透過性が低いなど、光波制御デバイスへの応用は極めて限定的で、安価・量産型ではあるが活用が困難というのが常識でした。 しかしながら、本研究の成果である結晶化ガラスは、多結晶材料でありながらLiNbO 3単結晶の光導波路デバイスに匹敵する実用レベルの光透過性を有し、かつシリカをベースとするガラス材料を前駆体とすることから、ファイバーや薄膜、大型バルク素子など、加工・成形性がきわめて容易で、さらに安価かつ大量生産性に優れるという、従来の結晶デバイスの限界を打破する全く新しい光波制御デバイスの開発を促進することが期待されます。 【用語解説】 注1 ポッケルス効果:圧電体や強誘電体など、反転対称性が欠如した構造を有する結晶に固有の光学特性であり、外部電圧の印加により屈折率が変化する電気光学効果の一種。 【論文情報】• 雑誌名:Scientific Reports 5, 12176 2015 (DOI番号:10. 著者:Kazuki Yamaoka, Yoshihiro Takahashi, Yoshiki Yamazaki, Nobuaki Terakado, Takamichi Miyazaki, and Takumi Fujiwara 【参考資料】• 雑誌名:Scientific Reports 3, 1147 2013 (DOI番号:10. タイトル:Parasitic amorphous on single-domain crystal: Structural observations of silicate glass-ceramics(和訳:単結晶ドメインに寄生した非晶質体:シリケート結晶化ガラスの構造観察)• 著者:Yoshihiro Takahashi, Yoshiki Yamazaki, Rie Ihara, and Takumi Fujiwara• 雑誌名:Applied Physics Letters 104, 031901 2014 (DOI番号:10. 4862888)• タイトル:Ultra-low propagation losses in fresnoite-type precipitated crystallized glasses(和訳:フレスノイト型結晶が析出した結晶化ガラスの低光損失)• 著者:Yoshiki Yamazaki, Yoshihiro Takahashi, Rie Ihara, and Takumi Fujiwara• 大学院• 工学教育院•

次の

ポッケルス効果|光学|物理実験例

ポッケルス 効果

ご不明な点がございましたら,お気軽に問い合わせ下さい。 セット番号 UE4040500 ポッケルス効果はある種の材料に電場を印加すると,入射した光が互いに直交する方向に偏光した2つのビームに分離されるという電気光学効果です。 複屈折性を生じるこの現象は,光の伝播と偏光の方向によって光の屈折率が異なるという性質に由来します。 本実験ではコノスコープ内の光路に配置したLiNbO 3を使い,ポッケルス効果による屈折率の変化が印加する電場の強さに比例する事を確かめます。 この互いに直交した方向に偏向したビームによる干渉パターンは二組の双曲線になります。 またそれらによって,複屈折の光学軸が直接確認できます。 実験の手順• コノスコープを通る光で複屈折性を検証します。 ポッケルスセルによる偏光面変化と電場強度依存性を検証します。 お見積書をご希望のお客様へ 機関での予算申請など,各種手続きに本セット製品のお見積書が必要な場合は,よりお申し付けください。 基本原理 ポッケルス効果はある種の物質に電場を印加すると,物質に入射した光が互いに直交する方向に偏光した2つの光線に分離されるというものです。 こうした性質は複屈折性といい,光の伝播と偏光の方向によって光の屈折率が異なるという性質に起因します。 ポッケルス効果は実験で検証するように電場Eに比例(電場強度の一次に比例)し,一次の電気光学効果とも呼ばれます。 光学的異方性を持つ物質中では,その対称性に従って光の偏光方向により進行速度が異なります。 そのため,偏光方向により屈折率が異なります。 この性質を複屈折性と呼びます。 本実験では複屈折性を示す光学軸方向にそって結晶全体に均一な電場が印加されるように,結晶はポッケルスセル内で横向きに配置されています(図1参照)。 結晶中で光線は電場と垂直に進行し,複屈折性の光学軸方向に沿った通常光線と直交する異常光線に分離します。 20 となります。 本実験では直線偏光した発散光がポッケルスセルに入射し,アナライザを通った光がスクリーンに映されます。 スクリーンの干渉パターンから複屈折の光学軸は,光学軸の持つ対称性により,背景ノイズと明確に識別できます。 双曲線の第一組の対称軸は複屈折の光学軸と平行であり,第二組の対称軸は複屈折の光学軸に直交します。 結晶中の通常光線と異常光線の光路差が光の波長の整数倍の場合,双曲線の暗いバンドになります。 これらの光線は結晶を通過する際に元の直線偏光性を保つために,アナライザでブロックされるためです。 ポッケルス効果は印加する電圧により屈折率の差 n o - n e を変化させます。 この時,暗い干渉縞は明るい干渉縞の位置に移り,その逆も生じます。

次の