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光調(diào)制裝置和光調(diào)制系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:2725499閱讀:245來源:國知局
專利名稱:光調(diào)制裝置和光調(diào)制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及利用電光效應(yīng)的光調(diào)制裝置和光調(diào)制系統(tǒng)。
背景技術(shù)
近年來作為大容量記錄方式知道有利用全息原理的數(shù)字信息記錄系統(tǒng)(例如專利文獻(xiàn)1)。
作為全息記錄裝置的空間光調(diào)制器材料,例如能使用具有電光效應(yīng)的鈦酸鋯酸鑭鉛(以下叫做PLZT)等。PLZT是具有(Pb1-yLay)(Zr1-XTiX)O3組成的透明陶瓷。所謂電光效應(yīng)是指若向物質(zhì)施加電場,則使該物質(zhì)產(chǎn)生分極而折射率變化的現(xiàn)象。利用電光效應(yīng)通過把施加電壓導(dǎo)通、斷開,則能變換光的相位。因此,能把具有電光效應(yīng)的光調(diào)制材料適用于空間光調(diào)制器等的光快門。
在這樣適用于光快門等元件之中,現(xiàn)有的是混合(バルク)PLZT被廣泛利用(專利文獻(xiàn)2)。但使用混合PLZT的光快門要適應(yīng)微細(xì)化、集成化的要求和降低工作電壓以及降低成本的要求則有困難。且混合(バルク)法在把成為原料的金屬氧化物混合后,具有在1000℃以上的高溫下進(jìn)行處理的工序,所以在適用于元件形成處理時(shí),會(huì)對材料的選擇和元件結(jié)構(gòu)等添加了多的制約。
因此,替代混合PLZT而討論嘗試把在基體材料上形成的薄膜PLZT應(yīng)用到光控制元件上。專利文獻(xiàn)3中就記載了在玻璃等透明基板上形成PLZT膜,而在其上設(shè)置梳形電極的顯示裝置。該顯示裝置具有在形成有PLZT膜的顯示基板兩面設(shè)置偏振光板的結(jié)構(gòu)。在此,通過把各像素的電極端子部與外部的驅(qū)動(dòng)電路連接而驅(qū)動(dòng)希望的像素,就能通過設(shè)置在顯示基板一面?zhèn)鹊墓庠吹耐高^光來進(jìn)行所希望的顯示。
專利文獻(xiàn)1特開2002-297008號公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平5-257103號公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開平7-186657號公報(bào)在此,考察了光向利用薄膜PLZT的光控制元件的射入方向。在專利文獻(xiàn)3記載的光控制元件中,是把射入光從光控制元件的光射入面法線方向射入。在把光與光射入面的法線方向傾斜射入時(shí),則PLZT內(nèi)的光程長變長,能降低光控制元件的工作電壓。使用PLZT的光控制元件為了得到充分的電光效應(yīng),則需要高的工作電壓,但從實(shí)用上的觀點(diǎn)看,則是希望利用盡可能低的工作電壓。
但把光從光射入面的法線方向傾斜而射入時(shí),射入光的一部分被電極遮擋而不能射出,所以開口率變小,有光的利用效率降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于該狀況而開發(fā)的,其目的在于提供一種改善了光利用效率的光調(diào)制裝置和光調(diào)制系統(tǒng)。
為了解決上述課題,本發(fā)明某形態(tài)的光調(diào)制裝置包括發(fā)光部、折射率根據(jù)施加的電場變化的光調(diào)制膜、向光調(diào)制膜施加電場的電極對,該光調(diào)制裝置中,從發(fā)光部發(fā)出的光實(shí)質(zhì)上與向光調(diào)制膜施加的電場方向垂直,且從光射入面的法線方向傾斜而向光射入面射入。
根據(jù)該形態(tài),由于從發(fā)光部發(fā)出的光從光射入面的法線方向傾斜而向光射入面射入,所以光調(diào)制膜內(nèi)的光程長長,能降低光調(diào)制裝置的工作電壓。且在構(gòu)成電極對的電極之間產(chǎn)生電場,通過把光從與該電場實(shí)質(zhì)垂直的方向射入而減少被電極吸收的光。因此,開口率變大,能改善光的利用效率。
電極對也可以使在光調(diào)制膜中產(chǎn)生與光射入面平行的電場。電極對也可以由具備各自相互不同延伸的多個(gè)梳齒電極的兩個(gè)梳形電極構(gòu)成。在把電極對由梳形電極構(gòu)成時(shí),能恰當(dāng)?shù)叵蚬庹{(diào)制膜施加電場。
發(fā)光部也可以發(fā)出如下所述的光,該光具有從一個(gè)梳形電極中的梳齒電極向另一個(gè)梳形電極中的梳齒電極的垂線實(shí)質(zhì)上垂直的射入方向。
光調(diào)制膜也可以由折射率與施加電場的平方成比例變化的電光材料形成。電光材料也可以是鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛。
在光調(diào)制膜下也可以具有光反射層。這時(shí)就成為反射型光調(diào)制裝置,由于能加長光調(diào)制膜內(nèi)的光程長,所以能降低光調(diào)制裝置的工作電壓。
也可以還具備通過向電極對施加控制電壓而調(diào)制并射出從發(fā)光部發(fā)出的光的控制部。
也可以還具備把用于調(diào)整光調(diào)制裝置諧振波長的偏壓向電極對施加的偏壓部。這時(shí)由于能使光調(diào)制裝置的諧振波長進(jìn)行漂移,所以能把諧振波長恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明的其他形態(tài)也是光調(diào)制裝置。該裝置將折射率根據(jù)施加的電場變化的光調(diào)制膜、向光調(diào)制膜施加電場的電極對、通過向電極對施加控制電壓而調(diào)制并射出從發(fā)光部發(fā)出的光的控制部、把用于調(diào)整光調(diào)制裝置諧振波長的偏壓向電極對施加的偏壓部作為半導(dǎo)體集成電路裝置而單芯片化,向光調(diào)制膜的射入光與向光調(diào)制膜施加的電場方向垂直且從光射入面的法線方向傾斜而射入。在該形態(tài)下,能實(shí)現(xiàn)小型的光調(diào)制裝置。且光調(diào)制裝置也可以還具備發(fā)光部。這時(shí)的光調(diào)制裝置是具備半導(dǎo)體集成電路裝置和發(fā)光部的結(jié)構(gòu)。
也可以還具備為了調(diào)整偏壓而用于輸入指示信號的端子。這時(shí)能使用光檢測元件來進(jìn)行偏壓的反饋控制。
本發(fā)明的其他形態(tài)是光調(diào)制系統(tǒng)。該光調(diào)制系統(tǒng)包括光調(diào)制裝置和接收從光調(diào)制裝置射出的光的受光部。根據(jù)該形態(tài)例如能實(shí)現(xiàn)全息記錄裝置和顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明的光調(diào)制裝置和光調(diào)制系統(tǒng),能改善光的利用效率。


圖1(a)是諧振器的平面圖。圖1(b)是沿圖1(a)的X-X′線的諧振器剖面圖;圖2是用于說明光射入方向的圖;圖3是沿圖2的Y-Y′線的諧振器剖面圖;圖4是沿圖2的X-X′線的諧振器剖面圖;圖5是模式表示光調(diào)制裝置工作狀態(tài)的圖;圖6是表示向諧振器射入的光的波長λ與反射率R關(guān)系的圖;圖7是表示能調(diào)整諧振波長λm的光調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)的圖;圖8是表示通過自動(dòng)控制偏壓Vb來進(jìn)行設(shè)定的光調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)的圖;圖9(a)是空間光調(diào)制裝置的平面圖。圖9(b)是圖9(a)所示空間光調(diào)制裝置的A-A′線剖面圖;
圖10是表示使用空間光調(diào)制裝置的全息記錄裝置的圖。
符號說明10光調(diào)制裝置 12控制部 16諧振器 22發(fā)光部 30基板32第一反射層 33電極對 34光調(diào)制膜 35梳形電極 36梳形電極40第二反射層 42第一電介體膜 44第二電介體膜具體實(shí)施方式
概要說明本實(shí)施例的光調(diào)制裝置。該光調(diào)制裝置是具備折射率根據(jù)施加的電場變化的光調(diào)制膜的光調(diào)制裝置。向光調(diào)制膜給予控制電壓并通過控制向光調(diào)制膜施加的電場,則能使從光調(diào)制裝置射出的光的強(qiáng)度變化。本實(shí)施例從發(fā)光部發(fā)出的光實(shí)質(zhì)上與向光調(diào)制膜施加的電場方向垂直,且從光射入面的法線方向傾斜而向光射入面射入。例如在平行的兩個(gè)電極是形成在光調(diào)制膜上到光調(diào)制膜中的光調(diào)制裝置的情況下,通過把光從實(shí)質(zhì)上與電場垂直的方向射入而減少光被電極吸收,改善光的利用效率。且通過使光從光射入面的法線方向傾斜而射入而使光調(diào)制膜內(nèi)的光程長變長,降低工作電壓。
通過把從光調(diào)制裝置射出的光由記錄媒體或光檢測元件等進(jìn)行記錄、檢測而能被各種設(shè)施利用。本實(shí)施例的光調(diào)制裝置有把光透過并射出的透射型調(diào)制裝置和反射并射出的反射型調(diào)制裝置。作為本發(fā)明實(shí)施例以下說明反射型的光調(diào)制裝置。
圖1(a)、圖1(b)是表示本實(shí)施例光調(diào)制裝置10結(jié)構(gòu)的圖。光調(diào)制裝置10具備控制部12、諧振器16和未圖示的發(fā)光部。
圖1(a)是諧振器16的平面圖。圖1(b)是沿圖1(a)的X-X′線的諧振器16剖面圖。諧振器16包括基板30、第一反射層32、光調(diào)制膜34、電極對33和第二反射層40。把基板30、第一反射層32、光調(diào)制膜34、電極對33和第二反射層40形成為層合結(jié)構(gòu)。電極對33形成在同一面上,由各自具備相互不同延伸的多個(gè)梳齒電極的兩個(gè)梳形電極35、36構(gòu)成。梳形電極35、36也可以被設(shè)置成相互相對,是在一個(gè)梳形電極中的兩個(gè)梳齒電極之間配置另一個(gè)梳形電極的一個(gè)梳齒電極的結(jié)構(gòu)。圖1(a)透視表示了光調(diào)制裝置10中含有梳形電極35、36的層。
諧振器16形成得與基板30是一體。作為該基板30的材料能恰當(dāng)使用表面平坦的玻璃、硅等。例如如果由硅構(gòu)成的基板30,則也可以在基板上設(shè)置開關(guān)元件,在其上形成諧振器16。
在基板30上形成第一反射層32。作為第一反射層32的材料例如能恰當(dāng)?shù)厥褂肞t等金屬材料。第一反射層32的厚度是200nm程度。在第一反射層32由Pt形成時(shí),第一反射層32的反射率是從50%到80%左右。
第一反射層32的上面設(shè)置有光調(diào)制膜34。作為該光調(diào)制膜34的材料是選擇折射率根據(jù)施加電場變化的固體電光材料。作為這種電光材料能使用PLZT、PZT(鈦酸鋯酸鉛)、LiNbO3、GaA-MQW、SBN((Sy,Ba)Nb2O6),但特別優(yōu)選的是使用PLZT。
光調(diào)制膜34的膜厚度t要根據(jù)射入光的射入角度和波長來決定,例如在把射入光設(shè)定為是650nm附近的紅色光時(shí),最好是在500nm以上。通過把膜厚度設(shè)定在500nm以上就能得到足夠的光學(xué)膜厚度變化。
在光調(diào)制膜34的上面設(shè)置梳形電極35、36。梳形電極35、36交替地配置各自的梳齒電極,梳齒電極的長邊被設(shè)置成相互相對。梳形電極35、36被形成為梳齒電極短邊的寬度是1μm程度、相對的梳齒電極的長邊間隔是1μm程度。長邊與短邊的比也可以是5對1以上。
梳形電極35、36例如能由IrO2、SrRuO3、La0.5Sr0.5CoO3等形成。在是由IrO2形成時(shí)膜厚度是200nm左右。該梳形電極35、36由于電阻值與透過率是折中選擇的關(guān)系,所以其厚度也可以由實(shí)驗(yàn)決定。梳形電極35、36在通過濺射法堆積IrO2后,通過光刻法把梳形電極35、36進(jìn)行印相,通過進(jìn)行腐蝕則能形成。
在設(shè)置了梳形電極35、36的光調(diào)制膜34的上面形成第二反射層40。該第二反射層40由電介體多層膜形成,是把折射率n不同的第一電介體膜42、第二電介體膜44交替層合。作為第一電介體膜42、第二電介體膜44的材料組合能使用SiO2(n=1.48)、Si3N4(n=2.0)。
在把電介體多層膜由氧化硅膜和氮化硅膜形成時(shí),能使用硅半導(dǎo)體集成電路的制造處理和制造裝置。
電介體多層膜能通過等離子CVD(Chemical Vapor Deposition)法形成。SiO2在TEOS、O2的環(huán)境中使在溫度200℃的條件下生長,Si3N4膜能在SiH4、NH3的環(huán)境中使在溫度200℃的條件下恰當(dāng)生長。且電介體多層膜也可以通過離子束濺射法形成。
第一電介體膜42、第二電介體膜44各自的膜厚度t1、t2被設(shè)計(jì)成是向諧振器16射入光波長的1/4。即當(dāng)把向諧振器16射入的光的波長設(shè)定是λ、把電介體膜的折射率設(shè)定是n時(shí),把各電介體膜一層的膜厚度t調(diào)節(jié)成為t=λ/(n×4)。
例如在光調(diào)制裝置10是使用波長λ=633nm的紅色激光時(shí),第一電介體膜42的膜厚度t1在其材料是SiO2(n=1.48)時(shí),是t1=633/(4×1.48)=106nm程度。第二電介體膜44的膜厚度t2在其材料是Si3N4(n=2.0)時(shí),是t2=633/(4×2)=79nm程度。構(gòu)成第二反射層40的電介體膜的膜厚度t1、t2也不一定需要嚴(yán)格由λ/(n×4)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
作為電介體膜的材料也可以替代硅氮化膜而使用TiO3(n=2.2)。這時(shí)第二電介體膜44的膜厚度t2是t2=633/(4×2.2)=72nm程度。
從光調(diào)制膜34向第二反射層40射入的光的反射率R2被設(shè)計(jì)成與從光調(diào)制膜34向第一反射層32射入的光的反射率R1相等。反射率R1由第一反射層32所使用的金屬材料決定,在選擇Pt時(shí),其是50~80%。
因此,這時(shí)反射率R2也被設(shè)計(jì)成是50~80%。第二反射層40的反射率R2能通過第一電介體膜42和第二電介體膜44的材料和膜厚度來調(diào)節(jié)。本實(shí)施例如圖1(b)所示,第二反射層40中是分別把第一電介體膜42和第二電介體膜44各自三層交替地層合。在第二反射層40中,也可以把第一電介體膜42、第二電介體膜44層合的順序顛倒。且為了微調(diào)節(jié)反射率R2,也可以再層合第三電介體膜。
第二反射層40也可以是由金屬薄膜形成的半反半透鏡。這時(shí),與形成電介體多層膜的情況相比能把制造工序簡易化。
本實(shí)施例中梳形電極35和梳形電極36形成電極對33。梳形電極35的電位例如被固定成接地電位,梳形電極36的電位由控制部12控制。
控制部12具有生成且輸出把向光調(diào)制裝置10射入的光進(jìn)行調(diào)制并射出的控制電壓Vcnt的功能??刂齐妷篤cnt是取高電平VH或低電平VL這兩值的信號。
發(fā)光部(未圖示)把光向諧振器16照射。發(fā)光部也可以是激光光源。從發(fā)光部發(fā)出的光實(shí)質(zhì)上與向光調(diào)制膜34施加的電場方向垂直,且從光射入面的法線方向傾斜而向光射入面射入。
圖2是用于說明光射入方向的圖。在該圖中,與圖1相同的結(jié)構(gòu)元件上付與相同的符號。且為了簡略化而把第二反射層40等結(jié)構(gòu)元件省略了。
從控制部12向梳形電極36施加控制電壓Vcnt時(shí),從梳形電極36的梳齒電極長邊朝向梳形電極35的梳齒電極長邊方向產(chǎn)生電場。因此圖2中電場的實(shí)質(zhì)方向與Y的平行。這時(shí)電場的方向與光射入面平行。
如圖2所示,本實(shí)施例中發(fā)光部22所發(fā)的光具有與從一個(gè)梳形電極中的梳齒電極長邊向另一個(gè)梳形電極中的梳齒電極長邊的垂線實(shí)質(zhì)上垂直的射入方向。
應(yīng)向諧振器16施加的控制電壓Vcnt,由通過光調(diào)制膜34內(nèi)的光的光程長而變化。通過把光從諧振器16的光射入面法線方向傾斜而射入并且使通過諧振器16的光調(diào)制膜34的光的光程長變長,因此能降低控制電壓Vcnt。
說明把射入光與電場方向垂直地射入的效果。為此,以下參照圖3和圖4來比較不把射入光與電場方向垂直地射入時(shí)的光路和垂直射入時(shí)的光路,表示各自的開口率。
圖3是沿圖2的Y-Y′線的諧振器16剖面圖。為了簡略化而省略了基板30等的構(gòu)成要素。在此,光與YZ平面平行且從諧振器16的光射入面法線方向傾斜而射入。這時(shí)如圖3所示,向梳形電極35、36各自的梳齒電極35c、36c之間射入的光的一部分被第一反射層32反射后被梳齒電極36c所吸收,因此反射光減少了。當(dāng)把梳形電極35、36的梳齒電極寬度設(shè)定為是a、把梳齒電極的間隔設(shè)定為是b、把光調(diào)制膜34的膜厚度設(shè)定為是t、把光的射入角度設(shè)定為是θ時(shí),這時(shí)諧振器16的開口率AR由下式表示。
AR=(b-2t tanθ)/(a+b) (式1)從式1了解到,為了使光程長變長,射入角度θ越大則開口率AR越小,光的利用效率低下。在此沒考慮梳形電極35、36的厚度,但在考慮了厚度的情況下開口率更加減小。
下面說明本實(shí)施例的把光與電場方向?qū)嵸|(zhì)垂直地射入時(shí)的光路。圖4是沿圖2的X-X′線的諧振器16剖面圖。光與XZ平面平行且從諧振器16的光射入面法線方向傾斜而射入。這時(shí)射入光實(shí)質(zhì)上與電場方向垂直。這時(shí),向梳形電極35、36各自的梳齒電極之間射入的光被第一反射層32反射而不被梳形電極35、36所吸收,是從各自的梳齒電極之間射出。這時(shí)諧振器16的開口率AR由下式表示。
AR=b/(a+b) (式2)從式2了解到,由于開口率AR不依賴于射入角度θ,所以即使把光從光射入面法線方向傾斜而射入,開口率AR也是一定的。即能保持光的利用效率不變而降低控制電壓Vcnt。
說明以上結(jié)構(gòu)的光調(diào)制裝置10的工作。圖5是模式表示的光調(diào)制裝置10的工作狀態(tài)。該圖中與圖1相同的結(jié)構(gòu)元件上付與相同的符號。且為了簡略化而把電極對33等結(jié)構(gòu)元件省略了。
從發(fā)光部22把強(qiáng)度Iin的激光向諧振器16射入。諧振器16的第一反射層32、光調(diào)制膜34和第二反射層40構(gòu)成法布里珀羅型的諧振器,把射入的光一部分封閉,把其一部分反射。把射入激光的強(qiáng)度設(shè)定為是Iin、把被諧振器16反射的激光的強(qiáng)度設(shè)定為是Iout時(shí),諧振器16的反射率R由R=Iout/Iin來定義。
圖6是表示向諧振器16射入的光的波長λ與反射率R關(guān)系的圖。由第一反射層32、光調(diào)制膜34和第二反射層40構(gòu)成的法布里珀羅型諧振器的諧振波長λm由下式給出。
λm=(2n t cosθ)/m (式3)在此,m是級數(shù)、n是光調(diào)制膜34的折射率、t是光調(diào)制膜34的膜厚度、θ是激光在光調(diào)制膜34中的射入角度。如圖6所示,諧振器16的反射率R在諧振波長λm中是取最小值。
如上所述,光調(diào)制膜34的折射率n依賴于向電極對施加的電場E。現(xiàn)在把第一反射層32作為接地電位,當(dāng)向梳形電極36施加控制電壓Vcnt時(shí),則在光調(diào)制膜34上從梳形電極36朝向梳形電極35的方向上被施加了電場E=Vcnt/t。在作為光調(diào)制膜34而使用了PLZT的情況下,在光調(diào)制膜34的折射率n變化量Δn與施加的電場I之間有下面的關(guān)系成立。
Δn=1/2×(n)3×R×E2(式4)在此,R是電光常數(shù)(克爾常數(shù))。
圖6所示的(I)是沒由向諧振器16施加電壓時(shí)的反射特性。這時(shí)諧振器16的諧振波長是λm1。當(dāng)向諧振器16施加電壓時(shí),光調(diào)制膜34的折射率變化,諧振波長從λm1向λm2漂移。λm2是比λm1大的值。這時(shí)的反射特性由圖6的(II)表示。
把向諧振器16射入的激光波長設(shè)定為是λm1時(shí),當(dāng)把控制電壓Vcnt從接地電位變化到某電壓值v1時(shí),通過諧振波長漂移而諧振器16的反射率R從Rm1變化到Rm2。
在此把沒有施加電壓時(shí)的反射率Roff與施加了電壓時(shí)的反射率Ron的比Ron/Roff定義為是通-斷比。在射入光的強(qiáng)度Iin一定時(shí),反射光的強(qiáng)度Iout則與反射率成比例。因此,通-斷比大,則能高精度控制反射光的強(qiáng)度Iout,就意味著光的利用效率也高。
諧振波長λm中的諧振器16的反射率R,低到在第一反射層32的反射率R1和在第二反射層40的反射率R2接近的程度。因此如上所述,通過調(diào)節(jié)第二反射層40電介體多層膜的層數(shù)、材料而把在第一反射層32的反射率R1與在第二反射層40的反射率R2相等地進(jìn)行設(shè)計(jì),把斷時(shí)的反射率R設(shè)定得低,則能提高通-斷比。
這樣,本實(shí)施例的光調(diào)制裝置10通過改變向光調(diào)制膜34施加的電場而使折射率變化,能實(shí)現(xiàn)控制反射光強(qiáng)度Iout的光開關(guān)元件。
以上一起說明了本發(fā)明和實(shí)施例。該實(shí)施例是例示,這些各結(jié)構(gòu)元件和各處置處理的組合能有各種變形例,且這些變形例也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)則能被業(yè)內(nèi)人士所理解。
本實(shí)施例說明了把梳形電極35、36形成在光調(diào)制膜34上的情況,但梳形電極35、36也可以形成得把其一部分或全部埋入在光調(diào)制膜34內(nèi)。這時(shí)由于增加了向光調(diào)制膜34施加電場強(qiáng)的區(qū)域,所以能提高光學(xué)膜厚度的變化。
實(shí)施例設(shè)定的是從控制部12向梳形電極36施加控制電壓Vcnt的結(jié)構(gòu),但也可以把偏壓Vb重疊而施加在控制電壓Vcnt上。
由于諧振器16的諧振波長λm是由式3給出,所以與光調(diào)制膜34的膜厚度t成比例。因此,若光調(diào)制膜34的膜厚度t有偏差,則諧振波長λm也可能有偏差。
如上所述,諧振波長λm能通過向諧振器16施加電壓而變化。因此,能預(yù)先把偏壓Vb重疊在控制電壓Vcnt上來調(diào)整諧振波長λm,這樣就能校正膜厚度t的偏差。
圖7是表示能調(diào)整諧振波長λm的光調(diào)制裝置10結(jié)構(gòu)的圖。該圖中與圖1相同的結(jié)構(gòu)元件上付與相同的符號。且為了簡略化而把電極對33等構(gòu)成要素省略了。圖7的光調(diào)制裝置10包括諧振器16、控制部12和生成用于調(diào)整諧振波長λm的偏壓Vb的偏壓部14。
圖7所示的偏壓部14是生成偏壓Vb的穩(wěn)壓電路。偏壓部14包括可變電阻45、電阻46、穩(wěn)壓二極管48、運(yùn)算放大器49和晶體管50。
若向偏壓部14供給電源電壓,則偏壓部14的輸出端子52輸出偏壓Vb=Vz(1+R1/R2)。R1是可變電阻45的電阻值、R2是電阻46的電阻值、Vz是二極管48的齊納電壓。偏壓Vb是與電源電壓值無關(guān)的恒定電壓,能通過改變可變電阻45的電阻值進(jìn)行調(diào)整。
重疊在控制電壓Vcnt上的恰當(dāng)?shù)钠珘篤b值能通過測定光調(diào)制膜34的膜厚度t來求出。法布里珀羅型諧振器的諧振波長λm由式3給出。因此,只要知道光調(diào)制膜34的膜厚度t就能求出諧振器的諧振波長λm。根據(jù)諧振波長λm與諧振波長目標(biāo)值的差Δλ,來求為了使諧振波長λm漂移到目標(biāo)值所需要的光調(diào)制膜34的變化量Δn。由于在光調(diào)制膜34折射率n的變化量Δn與施加的電場E之間有式4的關(guān)系成立,所以能求出為了使諧振波長λm漂移到目標(biāo)值所需要的電場E。由于電場與電極是E=V/t的關(guān)系,所以能求出向諧振器16施加的恰當(dāng)?shù)钠珘篤b值。
這樣,即使在光調(diào)制膜34的膜厚度t有偏差的情況下,通過調(diào)整偏壓部14的可變電阻45,就能把恰當(dāng)?shù)钠珘篤b重疊在控制電壓Vcnt上,能校正諧振波長λm。
圖7所示的偏壓部14是穩(wěn)壓電路的一例,偏壓Vb也可以使用其他的穩(wěn)壓電路或調(diào)節(jié)器生成。偏壓Vb的設(shè)定也可以在控制電壓Vcnt是低電平VL的狀態(tài)下向諧振器16射入激光,一邊監(jiān)視反射光的強(qiáng)度一邊通過調(diào)節(jié)可變電阻45來進(jìn)行。這時(shí)若反射光的強(qiáng)度最小則盡量調(diào)節(jié)可變電阻45。這時(shí),能高精度進(jìn)行諧振波長λm的校正。
如上所述,向諧振器16施加電壓時(shí),諧振器16的諧振波長λm向變大的方向漂移。由于法布里珀羅型諧振器的諧振波長λm由式3給出,所以膜厚度t變厚則諧振波長λm增大,膜厚度t薄則諧振波長λm小。因此為了進(jìn)行諧振波長λm的調(diào)整,要把光調(diào)制膜34的膜厚度形成得比目標(biāo)諧振波長λm的膜厚度t薄便可。
偏壓Vb也可以通過自動(dòng)控制設(shè)定。在進(jìn)行偏壓Vb的自動(dòng)控制時(shí),即使光調(diào)制膜34的特性有時(shí)效變化和射入的激光的波長有變化時(shí),也能控制成恰當(dāng)?shù)闹C振波長λm。例如知道PLZT等強(qiáng)電介體在被持續(xù)施加同一方向電壓時(shí),強(qiáng)電介體產(chǎn)生的極化量有被存儲(chǔ)而留下印記現(xiàn)象。
圖8是表示通過自動(dòng)控制偏壓Vb來進(jìn)行設(shè)定的光調(diào)制裝置10結(jié)構(gòu)的圖。圖8所示的偏壓部14包括A/D變換部54、CPU存儲(chǔ)器56和D/A變換部58。
說明圖8所示光調(diào)制裝置10的工作。圖8的光調(diào)制裝置10監(jiān)視被諧振器16反射的光的強(qiáng)度,通過進(jìn)行反饋控制來調(diào)整偏壓Vb。
從發(fā)光部即激光光源62向諧振器16照射,被反射的光通過光電二極管和CCD等光檢測元件64而被變換成電信號。受光部即光檢測元件64被設(shè)置在能檢測到來自諧振器16反射的激光的位置處。例如也可以通過未圖示的光束分離器把反射光分光而向光檢測元件64射入。
通過光檢測元件64生成的電信號從輸入端子51向偏壓部14輸入。電信號通過A/D變換部54被變換成數(shù)字值,送入到CPU存儲(chǔ)器56中。CPU存儲(chǔ)器56控制偏壓Vb以盡量使被光檢測元件64檢測的光的強(qiáng)度最小。從CPU存儲(chǔ)器56輸出的信號通過D/A變換部58被變換成模擬值,把偏壓Vb向輸出端子52輸出。
通過進(jìn)行偏壓Vb的自動(dòng)控制,能把諧振器16的諧振波長λm總是控制成與激光光源62的波長相等的值。
圖8所示的偏壓部14也可以集成化形成在圖1所示的基板30上。本實(shí)施例的光調(diào)制裝置10由于構(gòu)成反射型的調(diào)制器,所以作為基板30能使用不透明的材料。例如作為基板30若使用硅,則能把控制部12和偏壓部14形成在基板30上,把具備控制部12、偏壓部14、諧振器16的光調(diào)制裝置10作為半導(dǎo)體集成電路裝置而單芯片化。
本實(shí)施例的光調(diào)制裝置也可以具備多組諧振器和控制部。例如可以通過把圖1所示的諧振器16配置成矩陣狀而構(gòu)成空間光調(diào)制裝置。
圖9(a)、圖9(b)是表示把是諧振器16配置成矩陣狀的空間光調(diào)制裝置的圖。圖9(a)是空間光調(diào)制裝置8的平面圖??臻g光調(diào)制裝置8是在基板30上排列成8行8列的二維形狀的多個(gè)像素20。像素20構(gòu)成為20μm×20μm左右的尺寸。
圖9(b)是圖9(a)所示空間光調(diào)制裝置的A-A′線剖面圖。光調(diào)制膜34等結(jié)構(gòu)元件與圖1所示的諧振器16大致相同,但在梳形電極35、36是埋入在光調(diào)制膜34中形成的點(diǎn)上不同。也可以這樣形成諧振器16。
如圖9(b)所示,經(jīng)由孔和布線38把梳形電極36引出到外部。作為布線38的材料能恰當(dāng)?shù)厥褂肁l等。也可以在布線38的上面再形成保護(hù)膜。
空間光調(diào)制裝置8能從控制部12對每個(gè)像素20給予控制電壓Vcnt,并對每個(gè)像素20控制反射率。
空間光調(diào)制裝置8也可以具備偏壓部14。偏壓部14的結(jié)構(gòu)和偏壓Vb的設(shè)定方法則與使用圖7、圖8說明過的結(jié)構(gòu)和方法相同??臻g光調(diào)制裝置8中各像素20之間的膜厚度偏差小時(shí),把共用的偏壓Vb重疊在各像素20上便可,因此對于一個(gè)空間光調(diào)制裝置8至少具備一個(gè)偏壓部14便可。
每個(gè)像素20也可以具備偏壓部14。這時(shí)能更高精度地進(jìn)行諧振波長λm的校正。
使用空間光調(diào)制裝置8能構(gòu)成各種光調(diào)制系統(tǒng)。圖10是表示使用空間光調(diào)制裝置8的全息記錄裝置70的圖。全息記錄裝置70包括發(fā)光部80、受光部82和空間光調(diào)制裝置8。發(fā)光部80具備激光光源72和光束擴(kuò)展器74。受光部82具備傅立葉變換透鏡76和記錄媒體78。
全息記錄裝置70中從激光光源72發(fā)出的光被未圖示的光束分離器分割成兩束光。其中一束光作為參照光使用而被引導(dǎo)到記錄媒體78內(nèi)。另一束光被光束擴(kuò)展器74把光束徑擴(kuò)大,作為平行光向空間光調(diào)制裝置8照射。
向空間光調(diào)制裝置8照射的光作為對于每個(gè)像素具有不同強(qiáng)度的信號光從空間光調(diào)制裝置8被反射。該信號光通過傅立葉變換透鏡76被進(jìn)行傅立葉變換,并向記錄媒體78內(nèi)聚光。記錄媒體78內(nèi)含有全息圖形的信號光與參照光的光路交叉而形成光干涉圖形。光干涉圖形整體作為折射率的變化(折射率格柵)而被記錄在記錄媒體78上。
上述中說明了把空間光調(diào)制裝置8用于全息記錄裝置70中的情況,但并不限定于此,顯示裝置、光通信用開關(guān)、光通信用調(diào)制器、光演算裝置和加密電路等也能使用。
上述中作為實(shí)施例說明了反射型的光調(diào)制裝置,但本實(shí)施例的光調(diào)制裝置也可以是透射型的光調(diào)制裝置。例如在具備折射率根據(jù)施加電場變化的光調(diào)制膜和偏振光板的光調(diào)制裝置中,通過使向光調(diào)制膜射入的光實(shí)質(zhì)上與向光調(diào)制膜施加的電場方向垂直,且從光射入面的法線方向傾斜而射入,則能加長光程長、加大開口率。因此能提供降低工作電壓并且改善光的利用效率的透射型光調(diào)制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的光調(diào)制裝置和光調(diào)制系統(tǒng),能改善光的利用效率。
權(quán)利要求
1.一種光調(diào)制裝置,包括發(fā)光部、折射率根據(jù)施加的電場變化的光調(diào)制膜、向所述光調(diào)制膜施加電場的電極對,其特征在于,從所述發(fā)光部發(fā)出的光實(shí)質(zhì)上與向所述光調(diào)制膜施加的電場方向垂直,且從光射入面的法線方向傾斜而向光射入面射入。
2.如權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,所述電極對使在所述光調(diào)制膜中產(chǎn)生與光射入面平行的電場。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,所述電極對由兩個(gè)梳形電極構(gòu)成,該兩個(gè)梳形電極具有各自相互不同延伸的多個(gè)梳齒電極。
4.如權(quán)利要求3所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,所述發(fā)光部發(fā)出如下所述的光,該光具有與從一個(gè)梳形電極中的梳齒電極向另一個(gè)梳形電極中的梳齒電極的垂線實(shí)質(zhì)上垂直的射入方向。
5.如權(quán)利要求1到4任一項(xiàng)所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,所述光調(diào)制膜由折射率與施加電場的平方成比例變化的電光材料形成。
6.如權(quán)利要求5所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,所述電光材料是鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛。
7.如權(quán)利要求1到6任一項(xiàng)所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,在所述光調(diào)制膜下具有光反射層。
8.如權(quán)利要求1到7任一項(xiàng)所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,其還具備通過向所述電極對施加控制電壓而調(diào)制并射出從所述發(fā)光部發(fā)出的光的控制部。
9.如權(quán)利要求8所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,其還具備把用于調(diào)整該光調(diào)制裝置的諧振波長的偏壓向所述電極對施加的偏壓部。
10.一種光調(diào)制裝置,其把折射率根據(jù)施加的電場變化的光調(diào)制膜、向所述光調(diào)制膜施加電場的電極對、通過向所述電極對施加控制電壓而調(diào)制并射出射入光的控制部、把用于調(diào)整該光調(diào)制裝置諧振波長的偏壓向所述電極對施加的偏壓部作為半導(dǎo)體集成電路裝置而被單芯片化,其特征在于,使向所述光調(diào)制膜的射入光與向所述光調(diào)制膜施加的電場方向垂直且從光射入面的法線方向傾斜地射入。
11.如權(quán)利要求10所述的光調(diào)制裝置,其特征在于,其還具備為了調(diào)整所述偏壓而用于輸入指示信號的端子。
12.一種光調(diào)制系統(tǒng),其特征在于,其具備權(quán)利要求1到9任一項(xiàng)所述的光調(diào)制裝置、接收從該光調(diào)制裝置射出的光的受光部。
全文摘要
提供一種改善了光的利用效率的光調(diào)制裝置。光調(diào)制裝置(10)具備發(fā)光部(22)、法布里珀羅型的諧振器(16)和向諧振器(16)施加控制電壓的控制部(12)。諧振器(16)具備折射率根據(jù)施加電場變化的光調(diào)制膜(34)和向光調(diào)制膜(34)施加電場的梳形電極(35)、(36)。從發(fā)光部(22)發(fā)出的光實(shí)質(zhì)上與向光調(diào)制膜(34)施加的電場方向垂直,且從光射入面的法線方向傾斜而向光射入面射入。
文檔編號G02F1/01GK101061418SQ20068000123
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者藤森敬和 申請人:羅姆股份有限公司
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