Abstract

We fabricated a polarization-independent varifocal lens using KTa1xNbxO3 (KTN) crystals. The polarization dependence of the KTN crystal is effectively compensated for by combining a pair of KTN lenses and a half-wave plate. This compensation is achieved by a total electro-optic effect, which consists of the Kerr effect and the elasto-optic effects via the electrostrictive and elastic strains in the KTN crystal.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. B. Wang, M. Ye, and S. Sato, Appl. Opt. 43, 3420 (2004).
    [CrossRef]
  2. T. Kaneko, Y. Yamagata, T. Idogaki, T. Hattori, and T. Higuchi, IEICE Trans. Electron. E78-C, 123 (1995).
  3. A. Mermillod-Blondin, E. McLeod, and C. B. Arnold, Opt. Lett. 33, 2146 (2008).
    [CrossRef]
  4. T. Shibaguchi and H. Funato, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 3196 (1992).
    [CrossRef]
  5. T. Khayim, M. Yamauchi, D. S. Kim, and T. Kobayashi, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1412 (1999).
    [CrossRef]
  6. T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
    [CrossRef]
  7. F. S. Chen, J. E. Geusic, S. K. Kurtz, J. G. Skinner, and S. H. Wemple, J. Appl. Phys. 37, 388 (1966).
    [CrossRef]
  8. T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, S. Kawamura, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Opt. 51, 1532 (2012).
    [CrossRef]
  9. Bonner, E. F. Dearborn, and L. G. Van Uitert, Am. Ceram. Soc. Bull. 44, 9 (1965).
  10. J. E. Geusic, S. K. Kurtz, L. G. Van Uitert, and S. H. Wemple, Appl. Phys. Lett. 4, 141 (1964).
    [CrossRef]
  11. K. Uchino, S. Nomura, and L. E. Cross, J. Phys. Soc. Jpn. 51, 3242 (1982).
    [CrossRef]
  12. S. H. Wemple and M. DiDomenico, J. Appl. Phys. 40, 735 (1969).
    [CrossRef]
  13. H. Uwe and T. Sakudo, J. Phys. Soc. Jpn. 38, 183 (1975).
    [CrossRef]
  14. F. Jona and G. Shirane, Ferroelectric Crystals (Macmillan, 1962).
  15. S. H. Wemple and M. DiDomenico, Phys. Rev. B 1, 193 (1970).
    [CrossRef]
  16. T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, and M. Sasaura, NTT Tech. Rev.7(12), 1 (2009).

2012

2011

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

2008

2004

1999

T. Khayim, M. Yamauchi, D. S. Kim, and T. Kobayashi, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1412 (1999).
[CrossRef]

1995

T. Kaneko, Y. Yamagata, T. Idogaki, T. Hattori, and T. Higuchi, IEICE Trans. Electron. E78-C, 123 (1995).

1992

T. Shibaguchi and H. Funato, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 3196 (1992).
[CrossRef]

1982

K. Uchino, S. Nomura, and L. E. Cross, J. Phys. Soc. Jpn. 51, 3242 (1982).
[CrossRef]

1975

H. Uwe and T. Sakudo, J. Phys. Soc. Jpn. 38, 183 (1975).
[CrossRef]

1970

S. H. Wemple and M. DiDomenico, Phys. Rev. B 1, 193 (1970).
[CrossRef]

1969

S. H. Wemple and M. DiDomenico, J. Appl. Phys. 40, 735 (1969).
[CrossRef]

1966

F. S. Chen, J. E. Geusic, S. K. Kurtz, J. G. Skinner, and S. H. Wemple, J. Appl. Phys. 37, 388 (1966).
[CrossRef]

1965

Bonner, E. F. Dearborn, and L. G. Van Uitert, Am. Ceram. Soc. Bull. 44, 9 (1965).

1964

J. E. Geusic, S. K. Kurtz, L. G. Van Uitert, and S. H. Wemple, Appl. Phys. Lett. 4, 141 (1964).
[CrossRef]

Arnold, C. B.

Bonner,

Bonner, E. F. Dearborn, and L. G. Van Uitert, Am. Ceram. Soc. Bull. 44, 9 (1965).

Chen, F. S.

F. S. Chen, J. E. Geusic, S. K. Kurtz, J. G. Skinner, and S. H. Wemple, J. Appl. Phys. 37, 388 (1966).
[CrossRef]

Cross, L. E.

K. Uchino, S. Nomura, and L. E. Cross, J. Phys. Soc. Jpn. 51, 3242 (1982).
[CrossRef]

Dearborn, E. F.

Bonner, E. F. Dearborn, and L. G. Van Uitert, Am. Ceram. Soc. Bull. 44, 9 (1965).

DiDomenico, M.

S. H. Wemple and M. DiDomenico, Phys. Rev. B 1, 193 (1970).
[CrossRef]

S. H. Wemple and M. DiDomenico, J. Appl. Phys. 40, 735 (1969).
[CrossRef]

Fujiura, K.

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, S. Kawamura, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Opt. 51, 1532 (2012).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

Funato, H.

T. Shibaguchi and H. Funato, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 3196 (1992).
[CrossRef]

Geusic, J. E.

F. S. Chen, J. E. Geusic, S. K. Kurtz, J. G. Skinner, and S. H. Wemple, J. Appl. Phys. 37, 388 (1966).
[CrossRef]

J. E. Geusic, S. K. Kurtz, L. G. Van Uitert, and S. H. Wemple, Appl. Phys. Lett. 4, 141 (1964).
[CrossRef]

Hattori, T.

T. Kaneko, Y. Yamagata, T. Idogaki, T. Hattori, and T. Higuchi, IEICE Trans. Electron. E78-C, 123 (1995).

Higuchi, T.

T. Kaneko, Y. Yamagata, T. Idogaki, T. Hattori, and T. Higuchi, IEICE Trans. Electron. E78-C, 123 (1995).

Idogaki, T.

T. Kaneko, Y. Yamagata, T. Idogaki, T. Hattori, and T. Higuchi, IEICE Trans. Electron. E78-C, 123 (1995).

Imai, T.

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, S. Kawamura, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Opt. 51, 1532 (2012).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, and M. Sasaura, NTT Tech. Rev.7(12), 1 (2009).

Jona, F.

F. Jona and G. Shirane, Ferroelectric Crystals (Macmillan, 1962).

Kaneko, T.

T. Kaneko, Y. Yamagata, T. Idogaki, T. Hattori, and T. Higuchi, IEICE Trans. Electron. E78-C, 123 (1995).

Kawamura, S.

Khayim, T.

T. Khayim, M. Yamauchi, D. S. Kim, and T. Kobayashi, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1412 (1999).
[CrossRef]

Kim, D. S.

T. Khayim, M. Yamauchi, D. S. Kim, and T. Kobayashi, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1412 (1999).
[CrossRef]

Kobayashi, T.

T. Khayim, M. Yamauchi, D. S. Kim, and T. Kobayashi, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1412 (1999).
[CrossRef]

Kurtz, S. K.

F. S. Chen, J. E. Geusic, S. K. Kurtz, J. G. Skinner, and S. H. Wemple, J. Appl. Phys. 37, 388 (1966).
[CrossRef]

J. E. Geusic, S. K. Kurtz, L. G. Van Uitert, and S. H. Wemple, Appl. Phys. Lett. 4, 141 (1964).
[CrossRef]

McLeod, E.

Mermillod-Blondin, A.

Miyazu, J.

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, S. Kawamura, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Opt. 51, 1532 (2012).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

Naganuma, K.

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, S. Kawamura, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Opt. 51, 1532 (2012).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

Nomura, S.

K. Uchino, S. Nomura, and L. E. Cross, J. Phys. Soc. Jpn. 51, 3242 (1982).
[CrossRef]

Sakudo, T.

H. Uwe and T. Sakudo, J. Phys. Soc. Jpn. 38, 183 (1975).
[CrossRef]

Sasaura, M.

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, S. Kawamura, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Opt. 51, 1532 (2012).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, and M. Sasaura, NTT Tech. Rev.7(12), 1 (2009).

Sato, S.

Shibaguchi, T.

T. Shibaguchi and H. Funato, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 3196 (1992).
[CrossRef]

Shirane, G.

F. Jona and G. Shirane, Ferroelectric Crystals (Macmillan, 1962).

Skinner, J. G.

F. S. Chen, J. E. Geusic, S. K. Kurtz, J. G. Skinner, and S. H. Wemple, J. Appl. Phys. 37, 388 (1966).
[CrossRef]

Toyoda, S.

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, S. Kawamura, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Opt. 51, 1532 (2012).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, and M. Sasaura, NTT Tech. Rev.7(12), 1 (2009).

Uchino, K.

K. Uchino, S. Nomura, and L. E. Cross, J. Phys. Soc. Jpn. 51, 3242 (1982).
[CrossRef]

Uwe, H.

H. Uwe and T. Sakudo, J. Phys. Soc. Jpn. 38, 183 (1975).
[CrossRef]

Van Uitert, L. G.

Bonner, E. F. Dearborn, and L. G. Van Uitert, Am. Ceram. Soc. Bull. 44, 9 (1965).

J. E. Geusic, S. K. Kurtz, L. G. Van Uitert, and S. H. Wemple, Appl. Phys. Lett. 4, 141 (1964).
[CrossRef]

Wang, B.

Wemple, S. H.

S. H. Wemple and M. DiDomenico, Phys. Rev. B 1, 193 (1970).
[CrossRef]

S. H. Wemple and M. DiDomenico, J. Appl. Phys. 40, 735 (1969).
[CrossRef]

F. S. Chen, J. E. Geusic, S. K. Kurtz, J. G. Skinner, and S. H. Wemple, J. Appl. Phys. 37, 388 (1966).
[CrossRef]

J. E. Geusic, S. K. Kurtz, L. G. Van Uitert, and S. H. Wemple, Appl. Phys. Lett. 4, 141 (1964).
[CrossRef]

Yagi, S.

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, S. Kawamura, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Opt. 51, 1532 (2012).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, and M. Sasaura, NTT Tech. Rev.7(12), 1 (2009).

Yamagata, Y.

T. Kaneko, Y. Yamagata, T. Idogaki, T. Hattori, and T. Higuchi, IEICE Trans. Electron. E78-C, 123 (1995).

Yamauchi, M.

T. Khayim, M. Yamauchi, D. S. Kim, and T. Kobayashi, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1412 (1999).
[CrossRef]

Ye, M.

Am. Ceram. Soc. Bull.

Bonner, E. F. Dearborn, and L. G. Van Uitert, Am. Ceram. Soc. Bull. 44, 9 (1965).

Appl. Opt.

Appl. Phys. Express

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, J. Miyazu, K. Naganuma, M. Sasaura, and K. Fujiura, Appl. Phys. Express 4, 022501 (2011).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

J. E. Geusic, S. K. Kurtz, L. G. Van Uitert, and S. H. Wemple, Appl. Phys. Lett. 4, 141 (1964).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

T. Khayim, M. Yamauchi, D. S. Kim, and T. Kobayashi, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1412 (1999).
[CrossRef]

IEICE Trans. Electron.

T. Kaneko, Y. Yamagata, T. Idogaki, T. Hattori, and T. Higuchi, IEICE Trans. Electron. E78-C, 123 (1995).

J. Appl. Phys.

F. S. Chen, J. E. Geusic, S. K. Kurtz, J. G. Skinner, and S. H. Wemple, J. Appl. Phys. 37, 388 (1966).
[CrossRef]

S. H. Wemple and M. DiDomenico, J. Appl. Phys. 40, 735 (1969).
[CrossRef]

J. Phys. Soc. Jpn.

H. Uwe and T. Sakudo, J. Phys. Soc. Jpn. 38, 183 (1975).
[CrossRef]

K. Uchino, S. Nomura, and L. E. Cross, J. Phys. Soc. Jpn. 51, 3242 (1982).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys.

T. Shibaguchi and H. Funato, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 3196 (1992).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Phys. Rev. B

S. H. Wemple and M. DiDomenico, Phys. Rev. B 1, 193 (1970).
[CrossRef]

Other

T. Imai, S. Yagi, S. Toyoda, and M. Sasaura, NTT Tech. Rev.7(12), 1 (2009).

F. Jona and G. Shirane, Ferroelectric Crystals (Macmillan, 1962).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Structure of the KTN lens and its EO effect. (b) Double-lens system to compensate for the polarization dependence of the KTN lenses. The crystal axis of the half-wave plate is adjusted at an angle 45° from the y axis.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Michelson interferometer for measuring the optical path length distribution of the KTN lens. (b) Calculated optical path length distribution. Squares are calculated by the Kerr effect for the x (▪) and y(□) polarizations. Circles are calculated by the total EO effect for the x (•) and y (○) polarizations. (c) The experimental result of an optical path length measurement with an applied voltage of 1000 V.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Experimental setup for the focal length measurement. The polarization state of the laser beam is rotated by an angle θ. (b) Polarization dependence of a single KTN lens with applied voltages of 500–1000 V. (c) The polarization dependence of the polarization-independent KTN lenses with applied voltages of 500–1000 V.

Equations (4)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Δnx=12n03Δβxx,Δny=12n03Δβyy,
Δβxx=s12Ey2+s12Ez2,Δβyy=s11Ey2+s12Ez2,
Δβij=kl(sijklEkEl+pijklekl),
Δf=f2F,

Metrics