專利名稱：具有光調(diào)制膜的光控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光控制裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)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 )。
圖5是表示全息記錄裝置一例的圖。全息記錄裝置100主要包括激 光光源102、光束分光器104、光束擴(kuò)展器106、空間光調(diào)制器SLM108、 全息圖形寫(xiě)入機(jī)構(gòu)110、傅里葉變換透鏡112、記錄媒體114、反射鏡116、 轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡118。在此，作為空間光調(diào)制器SLM108是使用的透射型顯示裝置。
全息記錄裝置100中從激光光源102發(fā)出的激光被光束分光器104分 割為兩束光。其中一束光被光束擴(kuò)展器106擴(kuò)大光束徑并且作為平行光向 空間光調(diào)制器SLM108照射。全息圖形寫(xiě)入機(jī)構(gòu)IIO把全息圖形作為電信 號(hào)向空間光調(diào)制器SLM108發(fā)送?？臻g光調(diào)制器SLM108根據(jù)接收到的電 信號(hào)在平面上形成全息圖形。向空間光調(diào)制器SLM108照射的光在透射空 間光調(diào)制器SLM108時(shí)被進(jìn)行光調(diào)制而成為包含全息圖形的信號(hào)光。該信 號(hào)光通過(guò)傅里葉變換透鏡112被進(jìn)行傅里葉變換，向記錄^^某體114內(nèi)聚光。 另一方面在光束分光器104中分割的另一束光則作為參照光而經(jīng)過(guò)反射鏡 116和轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡118向記錄媒體114內(nèi)引導(dǎo)。在記錄媒體114內(nèi)包含全息 圖形的信號(hào)光與參照光的光路交叉而形成光干涉圖形。整個(gè)光干涉圖形作 為折射率的變化(折射率格柵)而被記錄在記錄媒體114中。
全息記錄裝置100就這樣把一幅圖像記錄在了記錄媒體114中。 一幅圖像的記錄終了后，則使轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡118在轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)定量的同時(shí)使其位置平 行移動(dòng)規(guī)定的量，變化向記錄媒體114的參照光的射入角度，以同樣的順 序來(lái)記錄第二幅圖像。通過(guò)反復(fù)這種處理來(lái)進(jìn)行角度多重記錄。
作為全息記錄裝置的空間光調(diào)制器SLM的材料例如能使用鈦酸鋯酸鑭 鉛(以下叫做PLZT)等具有光電效應(yīng)的。PLZT是具有(Pb,_yLay)(ZivxTix) o3組成的透明陶瓷。光電效應(yīng)是指若向物質(zhì)施加電場(chǎng)則該物質(zhì)產(chǎn)生極化而 折射率變化的現(xiàn)象。若利用光電效應(yīng)則能通過(guò)接通、斷開(kāi)施加電壓而切換 光的相位。因此能把具有光電效應(yīng)的光調(diào)制材料適用在空間光調(diào)制器SLM 等光快門上。
在向光快門等元件的適用中現(xiàn)有是散裝("/"夕)PLZT被廣泛利用(專 利文獻(xiàn)2)。但使用散裝PLZT的光快門要達(dá)到微細(xì)化、集成化的要求和降 低動(dòng)作電壓、低成本化的要求是困難的。且散裝法由于包含有把原料金屬 氧化物混合后在1000。C以上的高溫下進(jìn)行處理的工序，所以在適用元件形 成處理的情況下材料的選擇、元件結(jié)構(gòu)等被加有諸多制約。
因此就討論代替散裝PLZT而嘗試把在基體材料上形成的薄膜PLZT向 光控制元件應(yīng)用。專利文獻(xiàn)3中就記載了在玻璃等透明基板上形成PLZT膜， 并在其上設(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 示基板兩面上設(shè)置偏振光板的結(jié)構(gòu)。在此是通過(guò)把各像素的電極端子部連 接在外部的驅(qū)動(dòng)電路上來(lái)驅(qū)動(dòng)希望的像素，通過(guò)來(lái)自設(shè)置在顯示基板一個(gè) 面上的光源的透射光而能得到所希望的顯示。
專利文獻(xiàn)l:特開(kāi)2002-297008號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)平5-257103號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)平7-146657號(hào)公報(bào) (第一課題)
但為了把上述的PLZT膜等光調(diào)制膜作為光快門等元件而實(shí)用化，就 需要把驅(qū)動(dòng)電路與光調(diào)制膜一起制作到基板上以用于控制向光調(diào)制膜上施 加電壓的接通、斷開(kāi)。這時(shí)所述專利文獻(xiàn)3記載的結(jié)構(gòu)有不能把形成有驅(qū) 動(dòng)電路的區(qū)域作為顯示區(qū)域來(lái)使用而不能得到足夠有效顯示區(qū)域的問(wèn)題。
在上述這種透射型顯示裝置中把可見(jiàn)光作為照射光來(lái)利用時(shí)，有不能 把驅(qū)動(dòng)電路形成在對(duì)于可見(jiàn)光是不透明的硅等基板上的問(wèn)題。
且專利文獻(xiàn)3記載的顯示裝置是使用的偏振光板，所以產(chǎn)生由偏振光板而引起的光的損失。
本發(fā)明的某形態(tài)是鑒于這種狀況而開(kāi)發(fā)的，其目的在于提供一種改善 了光利用效率的反射型的光控制裝置。 (第二課題)
考察了向利用專利文獻(xiàn)3記載的這種薄膜PLZT的光控制元件施加電 場(chǎng)的方法。把Au、 Ir02、 Al等作為材料而在PLZT的表面上形成電極時(shí)， 由于該電極部分不透射光，所以不可避免地開(kāi)口率和光的利用效率低下。 于是本發(fā)明者為了進(jìn)一步改善光的利用效率而嘗試了把形成在PLZT上的 電極使用透明電極來(lái)形成的改良。
作為具有代表性的透明電極的材料知道的有ITO (Indium Tin Oxide)等。本發(fā)明者把該ITO作為電極材料而在PLZT膜上形成電極，并 測(cè)量了其電特性。圖8是使用Ir02而形成不透明電極時(shí)和使用ITO而形成 透明電極時(shí)的表示施加電場(chǎng)與極化關(guān)系的圖。任何材料都是通過(guò)噴濺法形 成的電才及。
如從該圖8 了解的那樣，知道了以ITO形成電極時(shí)與以Ir/Ir02形成 時(shí)相比在施加同 一 電場(chǎng)時(shí)的^L化量大為減少。
實(shí)測(cè)了介電常數(shù)的結(jié)果是了解到，由Ir / Ir02形成電極時(shí)的介電常數(shù)是 s =1270,相對(duì)地由ITO形成時(shí)則降低到￡ = 820。
本發(fā)明的某形態(tài)是鑒于這種狀況而開(kāi)發(fā)的，其目的在于提供一種作為 電極材料即使使用了透明電極，電特性也不惡化的光控制裝置。 (第三課題)
本發(fā)明者作為把薄膜PLZT向光控制元件應(yīng)用的例而討論了把PLZT膜 作為光調(diào)制膜并在該光調(diào)制膜的兩面上設(shè)置了反射層的具有法布里珀羅型 諧振器結(jié)構(gòu)的光調(diào)制裝置。該光調(diào)制裝置具備光調(diào)制膜和設(shè)置成把其夾住 的兩個(gè)反射層，通過(guò)向光調(diào)制膜施加電場(chǎng)而使其折射率變化，通過(guò)使光調(diào) 制裝置的諧振波長(zhǎng)漂移來(lái)控制光。
法布里珀羅型諧振器中其諧振波長(zhǎng)入m由
入m =2ntcos 6 / m (式1 )
給出。在此m表示的是級(jí)數(shù)、n表示的是諧振器內(nèi)部的折射率、t表示
的是諧振器長(zhǎng)度、e表示的是諧振器內(nèi)部激光的射入角度。在此光調(diào)制膜
的膜厚度與諧振器長(zhǎng)度t相當(dāng)。諧振波長(zhǎng)A m由于與諧振器長(zhǎng)度t成比例，所以若光調(diào)制膜的膜厚度有
偏差則諧振波長(zhǎng)就有偏差。即為了得到諧振波長(zhǎng)X m的再現(xiàn)性就要求光調(diào) 制膜的膜厚度t有非常高的精度。
在此在光調(diào)制膜的厚度方向上施加電場(chǎng)時(shí)，為了得到足夠的電場(chǎng)而才艮 據(jù)與電壓的關(guān)系則需要其膜厚度薄到ljam左右。但以1%程度的高精度來(lái) 形成這樣薄的PLZT膜的膜厚度是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的幾個(gè)形態(tài)是鑒于這種狀況而開(kāi)發(fā)的，其目的在于提供一種即 使諧振器的長(zhǎng)度有偏差也能得到穩(wěn)定諧振波長(zhǎng)的光控制裝置。 (第一形態(tài)群)
為了解決上述第一課題的本發(fā)明形態(tài)是關(guān)于光控制裝置。該光控制裝 置包括基板、基板上設(shè)置的第一反射層、設(shè)置在第一反射層上且通過(guò)施 加電場(chǎng)而能控制折射率的光調(diào)制膜、設(shè)置在光調(diào)制膜上的第二反射層、向 光調(diào)制膜上施加電場(chǎng)的電極對(duì)。
通過(guò)由第一、第二反射層把光調(diào)制膜夾住而構(gòu)成從外部射入的光在兩 個(gè)反射層之間多重反射的諧振器。通過(guò)變化向電極對(duì)施加的電壓而使光調(diào) 制膜的折射率變化，這樣來(lái)控制該諧振器的諧振波長(zhǎng)。其結(jié)果是能控制從 光控制裝置上面射入的光所反射的光通量。
光控制裝置在光調(diào)制膜與第二反射層之間還具備透明電極，也可以把 該透明電極和第 一反射層形成為電極對(duì)。
"透明電極，，并不是指眼睛看是透明的物體，而是指對(duì)于向光控制裝 置射入的光的波長(zhǎng)具有充分的透射率。
把第 一反射層由金屬材料形成并作為下部電極，且作為上部電極是使 用透明電極，由此，就把光調(diào)制膜夾住地形成了電極，所以能在光調(diào)制膜 的厚度方向上施加電場(chǎng)。通過(guò)在向光控制裝置射入的光的光路上存在的上 部電極上使用透明電極而能提高開(kāi)口率和降低由衍射而引起的光的損失。
第二反射層也可以具有包含折射率不同的多個(gè)電介質(zhì)膜的層合結(jié)構(gòu)。
由層合折射率不同的電介質(zhì)膜的電介質(zhì)多層膜而形成上面反射層，這 樣就能通過(guò)層合的層數(shù)和電介質(zhì)膜的材料來(lái)高精度控制反射率。
多個(gè)電介質(zhì)膜的至少 一個(gè)也可以是氧化硅膜。多個(gè)電介質(zhì)膜的至少一個(gè)也可以是氮化硅膜。
在作為氧化硅膜或氮化硅膜而形成時(shí)，能把通常硅半導(dǎo)體制造處理的 成膜技術(shù)原封不動(dòng)地適用。且設(shè)定是氮化硅膜時(shí)還能具有作為鈍化膜的功
第一反射層和第二反射層的反射率也可以大致相同。
在第一反射層和第二反射層的反射率相等時(shí)，由于把具有光控制裝置 諧振波長(zhǎng)的光向光控制裝置射入時(shí)反射的光通量最小，所以能實(shí)現(xiàn)接通斷 開(kāi)比高的光控制裝置。反射率大致相同是指以低的反射率為基準(zhǔn)而兩者的
誤差在30%以內(nèi)。
光調(diào)制膜也可以是折射率與施加電場(chǎng)的平方成正比變化的光電材料。
光電材料也可以是鈦酸鋯酸鉛PZT ( Pb ( Zri-xTix) 03)或是鈦酸鋯酸 鑭鉛PLZT (( Pb,—yLay ) ( ZivxTix) 03 )。
PZT或PLZT是強(qiáng)電介體，其極化變化速度與施加電場(chǎng)的指數(shù)函數(shù)成 比例。因此光的接通、斷開(kāi)能高速化。且能減小用于光的接通、斷開(kāi)所需 要的電場(chǎng)的增加量。由于PLZT晶體的各向異性小，所以每個(gè)晶粒的切換速 度差小。因此能減少切換時(shí)的速度偏差。
PLZT的厚度也可以是從500nm到1500nm的范圍。把光控制裝置中使 用光的波長(zhǎng)選擇在650nm附近的紅色時(shí)，通過(guò)把膜厚度設(shè)定在該范圍內(nèi)則 能高效率地進(jìn)行光控制。
電極對(duì)也可以矩陣狀地配置多個(gè)。通過(guò)把電極對(duì)配置成矩陣狀而能構(gòu) 成空間光調(diào)制器。
(第二形態(tài)群)
為了解決上述第二課題的本發(fā)明形態(tài)是關(guān)于光控制裝置。該光控制裝 置包括基板、基板上設(shè)置的第一反射層、設(shè)置在第一反射層上且通過(guò)施 加電場(chǎng)而能控制折射率的光調(diào)制膜、設(shè)置在光調(diào)制膜上的保護(hù)層、設(shè)置在 保護(hù)層上并向光調(diào)制膜施加電場(chǎng)的透明電極。
該形態(tài)通過(guò)在光調(diào)制膜與透明電極之間形成保護(hù)層而能防止光調(diào)制膜 的電特性惡化，能構(gòu)成電特性優(yōu)良的光控制裝置。
保護(hù)層也可以由氧化銥Ir02形成。由于氧化銥具有導(dǎo)電性，所以不會(huì) 通過(guò)透明電極而對(duì)向光調(diào)制膜施加的電場(chǎng)有影響，能恰當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)光調(diào)制膜。
保護(hù)層的厚度也可以是從lnm到50nm的范圍。在保護(hù)層是由氧化銥形成時(shí)作為光控制裝置的特性在lnm到50nm的范圍內(nèi)被認(rèn)為有希望的效 果，通過(guò)設(shè)定成從3nm到25nm則能得到更恰當(dāng)?shù)南ＭЧ?br> 保護(hù)層也可以由釕酸鍶SrRu03形成，或也可以由鑭鍶鈷氧化物 Lao.5Sro.5Co08形成。
即使代替氧化銥而使用這些導(dǎo)電性氧化物時(shí)，作為保護(hù)層也有恰當(dāng)?shù)?功能。
透明電極也可以由氧化銦錫(ITO )形成。且透明電極也可以由氧化鋅 (ZnO)形成。
光調(diào)制膜也可以由鈦酸鋯酸鉛PZT ( Pb ( Zr,—xTix) 03)或是鈦酸鋯酸 鑭鉛PLZT (( PbLyLay) (Zr,《Tix ) 03)形成。
光控制裝置也可以還具備設(shè)置在透明電極上的第二反射層。
該透明電極和第 一反射層也可以形成電極對(duì)。這時(shí)由于是向光調(diào)制膜 的厚度方向施加電場(chǎng)，所以能使光調(diào)制膜內(nèi)部產(chǎn)生的電場(chǎng)均勻。
第二反射層也可以具有包含折射率不同的多個(gè)電介質(zhì)膜的層合結(jié)構(gòu)。 通過(guò)由電介質(zhì)多層膜來(lái)形成第二反射層則能通過(guò)選擇多層膜的材料、層數(shù) 和厚度來(lái)恰當(dāng)?shù)乜刂品瓷渎?。第一反射層和第二反射層的反射率也可以?致相同。
本發(fā)明的其他形態(tài)是關(guān)于結(jié)構(gòu)體。該結(jié)構(gòu)體包括使用光電材料形成 的光調(diào)制膜、設(shè)置在光調(diào)制膜上的保護(hù)層、設(shè)置在保護(hù)層上且向光調(diào)制膜 施加電場(chǎng)的透明電極層。該結(jié)構(gòu)體被設(shè)置在向光調(diào)制膜施加電場(chǎng)并利用其 折射率的變化來(lái)進(jìn)行光調(diào)制的光控制裝置中。
根據(jù)該形態(tài)，在形成用于通過(guò)保護(hù)層向光調(diào)制膜施加電場(chǎng)的透明電極 時(shí)能防止光調(diào)制膜的電特'性惡化。
作為上述結(jié)構(gòu)體保護(hù)層的材料能恰當(dāng)?shù)厥褂脤?dǎo)電性氧化膜，也可以由 氧化銥、釕酸鍶或是鑭鍶鈷氧化物等形成。
上述結(jié)構(gòu)體的透明電極層也可以由氧化銦錫或是氧化鋅形成。
上述結(jié)構(gòu)體的光調(diào)制膜也可以由鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛形成。 (第三形態(tài)群)
為了解決上述第三課題的本發(fā)明形態(tài)光控制系統(tǒng)包括諧振器長(zhǎng)度被 固定的法布里珀羅型諧振器、向法布里珀羅型諧振器照射激光的激光光源、 調(diào)節(jié)激光向法布里珀羅型諧振器射入角度的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。根據(jù)該形態(tài)，通過(guò)變化激光的射入角度而能使法布里珀羅型諧振器內(nèi) 部的激光光路長(zhǎng)度變化，所以能簡(jiǎn)易地進(jìn)行諧振波長(zhǎng)的調(diào)整。
法布里珀羅型諧振器也可以是根據(jù)施加的電壓而折射率產(chǎn)生變化的光 調(diào)制膜被反射層夾住設(shè)置的光控制裝置。
包含光調(diào)制膜和兩層反射層的光控制裝置中，若光調(diào)制膜的膜厚度有 變動(dòng)時(shí)則諧振波長(zhǎng)也隨之變動(dòng)，但通過(guò)調(diào)節(jié)激光的射入角度就能把諧振波 長(zhǎng)調(diào)節(jié)到希望的值上。
也可以是把法布里珀羅型諧振器設(shè)置在可動(dòng)式支架上，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使可 動(dòng)式支架傾斜移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)法布里珀羅型諧振器的設(shè)置方向。
也可以是把激光光源設(shè)置在可動(dòng)式第二支架上，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使第二支架 傾斜移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)激光光源的光軸。
也還可以具備配置在從法布里珀羅型諧振器反射的激光的光路上且 校正激光光束圖形的光學(xué)元件。該光學(xué)元件也可以是棱鏡。
由變化激光向法布里珀羅型諧振器的射入角度而出現(xiàn)像畸變的問(wèn)題 時(shí)，通過(guò)設(shè)置光學(xué)元件就能校正光束圖形。
光控制裝置也可以包括基板、基板上設(shè)置的第一反射層、設(shè)置在第 一反射層上且通過(guò)施加電場(chǎng)而能控制折射率的光調(diào)制膜、設(shè)置在光調(diào)制膜 上的第二反射層、向光調(diào)制膜上施加電場(chǎng)的電極對(duì)。
光調(diào)制膜也可以是折射率與施加電場(chǎng)的平方成正比變化的光電材料。 光電材料也可以是鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛。且電極對(duì)也可以矩陣狀 地配置多個(gè)。
本發(fā)明的其他形態(tài)是校正方法。該校正方法是根據(jù)施加的電壓而折射 率產(chǎn)生變化的光調(diào)制膜被反射層夾住設(shè)置的法布里珀羅型諧振器的校正方 法，包括施加電壓步驟，其向光調(diào)制膜施加規(guī)定的電壓；測(cè)量步驟，其 向法布里珀羅型諧振器射入激光并測(cè)量從法布里珀羅型諧振器反射的激光 的強(qiáng)度；調(diào)節(jié)步驟，其調(diào)節(jié)激光向法布里珀羅型諧振器射入的角度以使測(cè) 量步驟測(cè)量到的激光強(qiáng)度與施加規(guī)定電壓時(shí)所應(yīng)得到的設(shè)計(jì)值接近。
規(guī)定的電壓也可以是使法布里珀羅型諧振器的反射率在設(shè)計(jì)上成為最 小的電壓。在法布里珀羅型諧振器的反射率是最小的狀態(tài)下通過(guò)調(diào)節(jié)激光 的射入角度而使測(cè)量步驟測(cè)量到的激光強(qiáng)度最小，則能以高精度校正諧振 波長(zhǎng)。(第四形態(tài)群)
為了解決上述第三課題的本發(fā)明形態(tài)的光調(diào)制裝置包括諧振器，其 具有根據(jù)施加的電壓而折射率產(chǎn)生變化的光調(diào)制膜被反射層夾住設(shè)置的法
布里珀羅型諧振器結(jié)構(gòu)；控制部，其通過(guò)向諧振器施加控制電壓而調(diào)制并 射出向諧振器射入的光；偏壓部，其把用于調(diào)整諧振器諧振波長(zhǎng)的偏壓施 加在諧振器上。
根據(jù)該形態(tài)，通過(guò)變化偏壓而能使諧振器的諧振波長(zhǎng)漂移，因此能調(diào) 整諧振波長(zhǎng)。
光調(diào)制裝置也可以至少具備多組諧振器和控制部。例如通過(guò)把諧振器 配置成矩陣狀而能構(gòu)成空間光調(diào)制裝置。
光調(diào)制膜也可以是折射率與施加電場(chǎng)的平方成正比變化的光電材料。 光電材料也可以是鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛。
光調(diào)制膜也可以是折射率與施加的電場(chǎng)成比例變化的光電材料，偏壓 部也可以生成正負(fù)任一個(gè)偏壓。光電材料也可以是鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸 鍶鋇的4壬一個(gè)。
諧振器也可以包括基板、所述基板上設(shè)置的第一反射層、設(shè)置在所 述第一反射層上且通過(guò)施加電場(chǎng)而能控制折射率的光調(diào)制膜、設(shè)置在所述 光調(diào)制膜上的第二反射層、向所述光調(diào)制膜上施加電場(chǎng)的電極對(duì)。
光調(diào)制裝置也還可以具備調(diào)整由偏壓部生成的偏壓的調(diào)整電路。這時(shí) 通過(guò)調(diào)整偏壓就能把諧振器的諧振波長(zhǎng)調(diào)整到恰當(dāng)?shù)闹怠?br> 光調(diào)制裝置也可以作為半導(dǎo)體集成電路裝置而被單芯片化。且為了調(diào) 整偏壓也可以具備用于輸入指示信號(hào)的端子。這時(shí)能把光調(diào)制裝置小型化， 能使用光檢測(cè)元件來(lái)進(jìn)行偏壓的反饋控制。
本發(fā)明的其他形態(tài)是光調(diào)制裝置的校正方法，該方法是包括諧振器， 其具有根據(jù)施加的電壓而折射率產(chǎn)生變化的光調(diào)制膜被反射層夾住設(shè)置的 法布里珀羅型諧振器結(jié)構(gòu)；控制部，其通過(guò)向諧振器施加控制電壓而調(diào)制 并射出向諧振器射入的光；偏壓部，其把用于調(diào)整諧振器諧振波長(zhǎng)的偏壓 施加在諧振器上，其中，在沒(méi)向諧振器施加電壓的狀態(tài)下測(cè)量從諧振器射 出的光的強(qiáng)度，并根據(jù)該光的強(qiáng)度來(lái)設(shè)定偏壓。
根據(jù)該形態(tài)，即使在諧振器的諧振波長(zhǎng)有偏差的情況下也能高精度校 正諧振波長(zhǎng)。本發(fā)明的又其他形態(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、 向該光調(diào)制裝置照射光的發(fā)光部、接受從該光調(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、顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明第 一形態(tài)群的光控制裝置則能提高光的利用效率。根據(jù)第 二形態(tài)群的光控制裝置則能一邊抑制電特性的惡化一邊提高開(kāi)口率。根據(jù) 第三形態(tài)群的光控制系統(tǒng)則即使諧振器長(zhǎng)度有偏差也能得到穩(wěn)定的諧振波 長(zhǎng)。根據(jù)第四形態(tài)群的光調(diào)制裝置則即使諧振器長(zhǎng)度有偏差也能得到穩(wěn)定 的諧振波長(zhǎng)。


圖1是把實(shí)施例的光控制裝置作為空間光調(diào)制器SLM使用時(shí)表示全息 記錄裝置的圖2 (a)、圖2 (b)是表示實(shí)施例光控制裝置的圖3是模式表示圖2光控制裝置的一個(gè)像素動(dòng)作狀態(tài)的圖4是表示向光控制裝置射入的光的波長(zhǎng)入與反射率R關(guān)系的圖5是表示全息記錄裝置一例的圖6是表示光控制裝置中保護(hù)層的厚度tp與PLZT的介電常數(shù)s關(guān)系
的圖7是表示光控制裝置中保護(hù)層的厚度tp與波長(zhǎng)漂移量A入m關(guān)系的
圖8是使用Ir02而形成不透明電極時(shí)和使用ITO而形成透明電極時(shí)的 表示施加電場(chǎng)與極化關(guān)系的圖9是模式表示圖2 (a)、圖2 (b)光控制裝置的一個(gè)像素動(dòng)作狀態(tài)
的圖IO是表示實(shí)施例光控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖11是表示激光的射入角度(J)與cos6關(guān)系的圖12是表示實(shí)施例光調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)的圖13是模式表示光調(diào)制裝置動(dòng)作狀態(tài)的圖14是表示能調(diào)整偏壓Vb的光調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)的圖15是表示通過(guò)自動(dòng)控制偏壓Vb而設(shè)定的光調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)的圖16是表示把偏壓部施加在第一反射層上的光調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)的圖；圖17(a)、圖17 (b)是表示把光調(diào)制裝置配置成矩陣狀的空間光調(diào) 制裝置的圖18是表示使用了空間光調(diào)制裝置的全息記錄裝置的圖。 符號(hào)說(shuō)明
具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施例)
概要說(shuō)明第 一實(shí)施例的光控制裝置。該光控制裝置例如在全息記錄再 現(xiàn)裝置中作為空間光調(diào)制器SLM來(lái)使用。
圖1是把本實(shí)施例的光控制裝置作為空間光調(diào)制器SLM使用時(shí)表示全 息記錄裝置的圖。全息記錄裝置70包括控制部60、激光光源72、光束 擴(kuò)展器74、傅里葉變換透鏡76和記錄媒體78。
全息記錄裝置70中從激光光源72發(fā)出的激光被未圖示的光束分光器 分割為兩束光。其中一束光被作為參照光使用而向記錄媒體78內(nèi)引導(dǎo)。另 一束光在光束擴(kuò)展器74中被擴(kuò)大了光束徑而作為平行光向空間光調(diào)制器 SLM (光控制裝置8)照射。
光控制裝置8具有配置成矩陣狀的像素，是反射率對(duì)于每個(gè)各像素都 變化的結(jié)構(gòu)?？刂撇?0根據(jù)控制信號(hào)CNT來(lái)控制光控制裝置8中各像素 的反射率。照射空間光調(diào)制器SLM的光作為具有對(duì)于每個(gè)像素不同強(qiáng)度的 信號(hào)光而被從空間光調(diào)制器SLM反射。該信號(hào)光通過(guò)傅里葉變換透鏡76 而進(jìn)行傅里葉變換，并向記錄媒體78內(nèi)聚光。記錄媒體78內(nèi)包含全息圖 形的信號(hào)光與參照光的光路交叉并形成光干涉圖形。整個(gè)光干涉圖形作為 折射率的變化(折射率格柵)而被記錄在記錄媒體78中。
圖2 (a)表示的是本實(shí)施例光控制裝置8的平面圖。光控制裝置8具
S光控制裝置 24偏壓部 32第一反射層 38配線
44第二電介質(zhì)膜 72激光光源 84可動(dòng)支架
20光調(diào)制裝置 26諧振器 34光調(diào)制膜 40第二反射層 50保護(hù)層 80棱鏡
200光控制系統(tǒng)
22控制部 30基板 36透明電招-42第一電介質(zhì)膜
60控制部 82可動(dòng)支架備在基板30上配列成8行8列的平面狀的多個(gè)像素10。各像素10構(gòu)成20 lamx20)am左右的尺寸。從圖1的控制部60輸出的控制信號(hào)CNT向各像 素IO輸入。
圖2 (b)表示的是圖2 (a)所示光控制裝置的A-A'線的剖面圖。光 控制裝置8包括基板30、第一反射層32、光調(diào)制膜34、透明電極36、 配線38和第二反射層40。
本實(shí)施例的光控制裝置8被-形成在基板30上。作為該基板30的材料 可以恰當(dāng)?shù)厥褂帽砻嫫教沟牟Ａ?、硅等?br> 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的厚度被設(shè)定成是200nm左右。 本實(shí)施例的第一反射層32是由Pt形成的，該第一反射層32如后述那樣具 有作為向光調(diào)制膜34施加電場(chǎng)的電極的功能。
在第一反射層32是由Pt形成時(shí)，第一反射層32的反射率是從60%到 80%的程度。
在第一反射層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 料選擇的是根據(jù)施加的電場(chǎng)而折射率變化的固體光電材料。作為這種光電 材料可以使用PLZT、 PZT、 LiNb03、 GaA-MQW、 SBN((Sr, Ba)Nb206) 等，但特別是PLZT能恰當(dāng)?shù)乇皇褂?。光調(diào)制膜34的厚度t由射入光的射 入角度和波長(zhǎng)來(lái)決定，例如把射入光設(shè)定成是650nm附近的紅色光時(shí)，則 最好是在500nm到1500nm的范圍內(nèi)來(lái)形成。如后述那樣，由于向光調(diào)制 膜34施加的電場(chǎng)是在厚度方向上施加的，所以若膜厚度在1500nm以上， 則施加用于得到足夠折射率變化的電場(chǎng)是困難的。且若膜厚度在500nm以 下，則不能得到足夠的光學(xué)膜厚度變化Ant。
在光調(diào)制膜34的上面設(shè)置有透明電極36。透明電極36例如能由ITO (Indium Tin Oxide )、 ZnO、 Ir02等形成。在透明電極36是由ITO、 ZnO 形成時(shí)，其厚度設(shè)定成100nm 150nm左右。在是由Ir02形成時(shí)則最好把膜 厚度設(shè)定的更薄，例如是50nm左右。該透明電極36由于電阻值與透射率 是平衡的關(guān)系，所以其厚度也可以由實(shí)驗(yàn)決定。
該透明電極36按每個(gè)像素10配置形成矩陣狀。
在透明電極36的上面形成有第二反射層40。該第二反射層40由電介 質(zhì)多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44交替層合的。作為第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44的材料組合能使用
Si02 (n= 1.48)、 Si3N4 (n = 2.0)。
在電介質(zhì)多層膜是由氧化硅膜和氮化硅膜形成的時(shí)，能在硅半導(dǎo)體集 成電路的制造處理和制造裝置中原封不動(dòng)地使用。
電介質(zhì)多層膜能通過(guò)等離子CVD ( Chemical Vapor Deposition )法 來(lái)形成。Si02膜是能在TEOS、 02環(huán)境中在溫度200。C的條件下生長(zhǎng)，Si3N4 膜是能在SiH4、 NH3環(huán)境中在溫度200。C的條件下恰當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)。
電介質(zhì)多層膜也可以通過(guò)離子束噴濺法形成。
第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44各自的厚度tl、 t2被設(shè)計(jì)成是向 光控制裝置8射入光的波長(zhǎng)的1/4。即當(dāng)把向光控制裝置8射入光的波長(zhǎng) 設(shè)定成是入、把電介質(zhì)膜的折射率設(shè)定成是n時(shí)，則各電介質(zhì)膜一層的厚 度t被調(diào)節(jié)成是t二入/ (nx4)。
例如在光控制裝置8中使用波長(zhǎng)A = 633nm的紅色激光時(shí)，第 一電介質(zhì) 膜42的厚度tl在作為其材料是Si02 ( n = 1.48 )時(shí)是被設(shè)定成tl = 633 / ( 4 x 1.48 ) = 106nm左右。第二電介質(zhì)膜44的厚度t2在作為其材料是Si3N4 (n = 2.0 )時(shí)是^皮i殳定成t2 = 633 / (4 x 2)= 79nm左右。構(gòu)成第二反射層 40的電介質(zhì)膜的厚度tl、 t2也不一定需要嚴(yán)格地設(shè)計(jì)成是入/4。
作為電介質(zhì)膜的材料也可以替代氮化硅膜而使用Ti03 。這時(shí)第二電介 質(zhì)膜44的厚度t2被設(shè)定成t2 = 633 / ( 4 x 2.2 ) = 72nm程度。
圖2 (b)中從光調(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Rl相等。反射 率Rl是由第一反射層32所使用的金屬材料而決定的，在選擇了是Pt時(shí)， 則是60 80%。
因此，這時(shí)的反射率R2也被設(shè)計(jì)成是60 80%。第二反射層40的反射 率R2能通過(guò)第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44的材料與厚度來(lái)調(diào)節(jié)。如 圖2所示，本實(shí)施例中第二反射層40分別把各三層第一電介質(zhì)膜42和第 二電介質(zhì)膜44交替地層合。第二反射層40也可以層合第一電介質(zhì)膜42和 第二電介質(zhì)膜44的順序反過(guò)來(lái)。且為了微調(diào)節(jié)反射率R2也可以再層合第 三電介質(zhì)膜。
第二反射層40被開(kāi)口 ，透明電極36通過(guò)孔和配線38而被向外部引出。 作為配線38的材料能恰當(dāng)?shù)厥褂肁l等。在配線38的上面還可以形成保護(hù)膜。
本實(shí)施例把透明電極36和第一反射層32形成電極對(duì)。第一反射層32 的電位例如被固定成是接地電位，各像素透明電極36的電位通過(guò)控制信號(hào) CNT來(lái)控制。
說(shuō)明如上構(gòu)成的光控制裝置8的動(dòng)作。
圖3模式表示了光控制裝置8的一個(gè)像素的動(dòng)作狀態(tài)。該圖在與圖2 相同結(jié)構(gòu)要素上付與了相同的符號(hào)。且為了簡(jiǎn)略化而把透明電極36等結(jié)構(gòu) 要素省略了。
從光控制裝置8的上方射入強(qiáng)度Iin的激光。光控制裝置8的第一反射 層32、光調(diào)制膜34和第二反射層40構(gòu)成法布里珀羅型諧振器，射入光的 一部分被封入，其一部分被反射。當(dāng)把射入激光的強(qiáng)度設(shè)定為Iin、把被光 控制裝置8反射的激光的強(qiáng)度設(shè)定為lout時(shí)，光控制裝置8的反射率R由 R = Iout/Iin來(lái)定義。
圖4表示的是向光控制裝置8射入的光的波長(zhǎng)人與反射率R關(guān)系。 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 諧振器具有入m =2ntcos6 /m的諧振波長(zhǎng)。在此m表示的是級(jí)數(shù)、n表示 的是光調(diào)制膜34的折射率、t表示的是光調(diào)制膜34的厚度、3表示的是激 光的射入角度。如圖4所示，光控制裝置8的反射率R在諧振波長(zhǎng)入m處 是最小值。
如上所述，光調(diào)制膜34的折射率n依賴于向電極對(duì)施加的電場(chǎng)?，F(xiàn)在 把第一反射層32設(shè)定為接地電位，當(dāng)向未圖示的透明電極36施加控制電 壓Vcnt時(shí)則在光調(diào)制膜34的厚度方向上被施加了電場(chǎng)E = Vcnt/t。在光 調(diào)制膜34的折射率n變化量△ n與施加的電場(chǎng)E之間有△ n = 1 / 2 x n3 x R xEZ的關(guān)系成立。在此，R是光電常數(shù)(克爾常數(shù))。
圖4的(I )表示沒(méi)施加控制電壓Vcnt時(shí)的反射特性。
現(xiàn)在作為控制電壓Vcnt而把電壓I施加在各l象素10的透明電極36上 時(shí)，則光調(diào)制膜34的折射率變化而諧振器的諧振波長(zhǎng)從人ml漂移到入m2。 把這時(shí)的反射特性在圖4中以(II )表示。
把向光控制裝置8射入的激光波長(zhǎng)設(shè)定為入ml時(shí)，當(dāng)把控制電壓Vcnt 從接地電位變化到某電壓值VI時(shí)，則通過(guò)諧振波長(zhǎng)的漂移能使光控制裝置 8的反射率從Rml變化到Rm2。在此，把沒(méi)施加電壓時(shí)的反射率Ron與施加了電壓時(shí)的反射率Roff的 比定義為接通斷開(kāi)比。射入光的強(qiáng)度Iin—定時(shí)則反射光的強(qiáng)度Iout與反射
率成比例。因此接通斷開(kāi)比大就意味著能以更高的精度控制反射光的強(qiáng)度
Iout。
第一反射層32的反射率Rl與第二反射層40的反射率R2越接近則諧 振波長(zhǎng)入m時(shí)光控制裝置8的反射率R就越低。因此，如上所述調(diào)節(jié)第二 反射層40的電介質(zhì)多層膜的層數(shù)和材料來(lái)把第 一反射層32的反射率Rl與 第二反射層40的反射率R2設(shè)計(jì)成相等，這樣來(lái)把斷開(kāi)時(shí)的反射率Rl設(shè)定 低就能提高接通斷開(kāi)比。
這樣在本實(shí)施例的光控制裝置8中，通過(guò)使向光調(diào)制膜34施加的電場(chǎng) 變化而使反射率變化，能實(shí)現(xiàn)控制反射光lout強(qiáng)度的光開(kāi)關(guān)元件。且由于 通過(guò)變化光調(diào)制膜34的折射率還能控制反射光的相位，所以能恰當(dāng)?shù)厥褂?在全息記錄裝置等中。
由于該光控制裝置8是反射型結(jié)構(gòu)，所以不需要使射入光Iin透射基板 30。其結(jié)果是與現(xiàn)有的透射型光控制裝置相比能提高光的利用效率。
在本實(shí)施例的光控制裝置8中，由于是把多個(gè)像素10配置成矩陣狀， 且在每個(gè)各像素IO上具有電極對(duì)，所以能對(duì)每個(gè)像素控制反射率，能作為 空間光調(diào)制器SLM使用。
本實(shí)施例的光控制裝置8由于是把第一反射層32和透明電極36形成 了電極對(duì)，所以能在光調(diào)制膜34的厚度方向上同樣地施加電場(chǎng)，能使光調(diào) 制膜34內(nèi)部的折4^率均勻地變化。
根據(jù)本實(shí)施例的光控制裝置8，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是使用了硅時(shí)，由于能在硅 內(nèi)形成晶體管元件等，所以能對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行設(shè)置控制電壓Vcnt控制機(jī)構(gòu) 的有源矩陣驅(qū)動(dòng)。
通過(guò)作為用于向光調(diào)制膜34施加電場(chǎng)的上部電極而使用透明電極36， 能提高開(kāi)口率，且能把衍射抑制到最小程度，因此提高了光的利用效率。 光利用效率的提高就意味著能降低射入激光的強(qiáng)度Iin,能謀求減少電力的消耗。
本實(shí)施例的光控制裝置8是在光調(diào)制膜34的上層形成的透明電極36， 并在其上形成的第二反射層40。其結(jié)果是與在第二反射層40的上層上形成透明電極36的情況相比，能縮短上部電極與下部電極之間的距離，因此能
提高向光調(diào)制膜34施加的電場(chǎng)E。這從另一個(gè)角度看就意味是為了施加相 同的電場(chǎng)而能降低應(yīng)向電極之間所施加的電壓，這樣就能使光控制裝置8
進(jìn)行低電壓動(dòng)作。
本實(shí)施例的光控制裝置8由于是通過(guò)控制反射率R來(lái)使反射光的強(qiáng)度 Iout變化，所以不需要偏振光板和檢偏振器，有光的利用效率高的優(yōu)點(diǎn)。
以上說(shuō)明了第一實(shí)施例。該實(shí)施例說(shuō)到底就是例示，業(yè)內(nèi)人士可理解 為能有各種變形例，且這些變形例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
實(shí)施例中說(shuō)明了把成為上部電極的透明電極3 6和成為下部電極的第一 反射層32形成電極對(duì)的情況，但并不限定于此，例如也可以把用于向光調(diào) 制膜34施加電場(chǎng)的電極對(duì)作為梳形電極形成在光調(diào)制膜34的上面。這時(shí) 電場(chǎng)對(duì)于光調(diào)制膜34是向橫方向上施加。即使在這時(shí)，梳形電極最好也是 設(shè)定成由ITO等形成的透明電極。
實(shí)施例中是在透明電極36的上層形成的第二反射層40，但也可以與之 相反。這時(shí)由于是在第二反射層40的上層形成的透明電極36，所以能使第 二反射層40更加平坦化。
第二反射層40也可以由金屬薄膜形成的半透半反鏡。這時(shí)與形成電介 質(zhì)多層膜的情況相比能把制造工序簡(jiǎn)易化。
實(shí)施例是說(shuō)明了把光控制裝置8作為全息記錄裝置70的光空間調(diào)制器 來(lái)使用的情況，但并不限定于此，而是也能在顯示裝置、光通信用開(kāi)關(guān)、 光通信用調(diào)制器、光演算裝置和加密電路等中使用。
實(shí)施例是說(shuō)明了作為光調(diào)制膜34是使用的光電材料，且具備向光調(diào)制 膜34施加電場(chǎng)的電極對(duì)的情況。本發(fā)明在光調(diào)制膜34是使用了磁光材料 的情況下也能使用，這時(shí)只要把施加電場(chǎng)的電極對(duì)置換成用于施加磁場(chǎng)的 磁場(chǎng)施加機(jī)構(gòu)便可。 (第二實(shí)施例)
概要說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的光控制裝置。該光控制裝置例如在全息 記錄再現(xiàn)裝置中作為空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator)來(lái)使用。
圖1是把本實(shí)施例的光控制裝置作為空間光調(diào)制器使用時(shí)表示全息記 錄裝置的圖。全息記錄裝置70包括空間調(diào)制器SLM (光控制裝置8)、 控制部60、激光光源72、光束擴(kuò)展器74、傅里葉變換透鏡76和記錄媒體78。
全息記錄裝置70中從激光光源72發(fā)出的激光被未圖示的光束分光器 分割為兩束光。其中一束光被作為參照光使用而向記錄媒體78內(nèi)引導(dǎo)。另 一束光在光束擴(kuò)展器74中被擴(kuò)大了光束徑而作為平行光向空間調(diào)制器SLM (光控制裝置8)照射。
光控制裝置8具有配置成矩陣狀的像素，是反射率對(duì)于每個(gè)各像素都 變化的結(jié)構(gòu)?？刂撇?0根據(jù)控制信號(hào)CNT來(lái)控制光控制裝置8的各像素 的反射率。照射空間光調(diào)制器SLM的光作為具有對(duì)于每個(gè)像素不同強(qiáng)度的 信號(hào)光而被從空間光調(diào)制器SLM反射。該信號(hào)光通過(guò)傅里葉變換透鏡76 而進(jìn)行傅里葉變換，并向記錄媒體78內(nèi)聚光。記錄媒體78內(nèi)包含全息圖 形的信號(hào)光與參照光的光路交叉并形成光干涉圖形。整個(gè)光干涉圖形作為 折射率的變化(折射率格柵)而被記錄在記錄媒體78中。
圖2 (a)表示的是本實(shí)施例光控制裝置8的平面圖。光控制裝置8具 備在基板30上配列成8行8列的平面狀的多個(gè)像素10。各像素10構(gòu)成20 jumx20jum左右的尺寸。從圖1的控制部60輸出的控制信號(hào)CNT向各像 素IO輸入。
圖2 (b)表示的是圖2 (a)所示光控制裝置的A-A'線的剖面圖。光 控制裝置8包括基板30、第一反射層32、光調(diào)制膜34、保護(hù)層50、透 明電極36、配線38和第二反射層40。
本實(shí)施例的光控制裝置8被形成在基板30上。作為該基板30的材料 可以恰當(dāng)?shù)厥褂帽砻嫫教沟牟Ａ?、硅等?br> 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的厚度被設(shè)定成是200nm左右。 本實(shí)施例的第一反射層32是由Pt形成的，該第一反射層32如后述那樣具 有作為向光調(diào)制膜34施加電場(chǎng)的電極的功能。
在第一反射層32是由Pt形成時(shí)，第一反射層32的反射率是從60%到 80%的程度。
在第一反射層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 料選擇的是根據(jù)施加的電場(chǎng)而折射率變化的固體光電材料。作為這種光電 材料可以使用PLZT、 PZT、 LiNb03、 GaA-MQW、 SBN((Sr, Ba) Nb206) 等，但特別是PLZT能恰當(dāng)?shù)乇皇褂?。光調(diào)制膜34的厚度t由射入光的射入角度和波長(zhǎng)來(lái)決定，例如把射入光設(shè)定成是650nm附近的紅色光時(shí)，則 最好是在500nrn到1500nrn的范圍內(nèi)來(lái)形成。如后述那樣，由于向光調(diào)制 膜34施加的電場(chǎng)是在厚度方向上施加的，所以若膜厚度在1500nm以上， 則施加用于得到足夠折射率變化的電場(chǎng)是困難的。且若膜厚度在500nm以 下，則難于得到足夠的光學(xué)膜厚度變化Ant。
在本實(shí)施例的光控制裝置8中，在光調(diào)制膜34的上面形成了保護(hù)層50。 該保護(hù)層50有通過(guò)在其上面形成的透明電極36而防止光調(diào)制膜34電特性 惡化的功能。
作為保護(hù)層50的材料能恰當(dāng)?shù)厥褂脤?dǎo)電性氧化膜的氧化銥Ir02、釕酸 鍶SrRu03或鑭鍶鈷氧化物L(fēng)ao.sSro.sCoOh本實(shí)施例說(shuō)明的是使用氧化4衣 Ir02的情況。
保護(hù)層50能通過(guò)噴濺法形成。在氧氣環(huán)境中配置形成有PLZT膜的基 板30和銥Ir的靶，向銥Ir的靶照射氬離子。其結(jié)果是使被噴賊的銥與氧結(jié) 合而作為氧化銥Ir02堆積在PLZT上。
保護(hù)層50的膜厚度tp后述，但最好是在lnm到50nm的范圍內(nèi)，更理 想是在3 nm到25nm的范圍內(nèi)。
在形成于光調(diào)制膜34上的保護(hù)層50的上層形成有透明電極36。透明 電極36例如能由ITO (Indium Tin Oxide )、 ZnO等形成。在透明電極36 是由ITO或ZnO形成時(shí)，其厚度i殳定成是100nm 150nm左右。該透明電 極36由于電阻值與透射率是平衡的關(guān)系，所以其厚度也可以由實(shí)驗(yàn)決定。
透明電極36與保護(hù)層50同樣地能通過(guò)噴濺法形成。該透明電極36按 每個(gè)像素10配置形成矩陣狀。
在透明電極36的上面形成有第二反射層40。該第二反射層40由電介 質(zhì)多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44 交替層合的。作為第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44的材料組合能使用 Si02 (n = 1.48)、 Si3N4 ( n = 2.0 )。
在電介質(zhì)多層膜是由氧化硅膜和氮化硅膜形成的時(shí)，能在硅半導(dǎo)體集 成電路的制造處理和制造裝置中原封不動(dòng)地使用。
電介質(zhì)多層膜能通過(guò)等離子CVD (Chemical Vapor Deposition)法 來(lái)形成。Si02膜是能在TEOS、 02環(huán)境中在溫度200。C的條件下生長(zhǎng)，Si3N4 膜是能在SiH4、 NH3環(huán)境中在溫度20(TC的條件下恰當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)。電介質(zhì)多層膜也可以通過(guò)離子束噴濺法形成。
第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44各自的厚度tl、 t2被設(shè)計(jì)成是向 光控制裝置8射入光的波長(zhǎng)的1/4。即當(dāng)把向光控制裝置8射入光的波長(zhǎng) 設(shè)定成是入、把電介質(zhì)膜的折射率設(shè)定成是n時(shí)，則各電介質(zhì)膜一層的厚 度t被調(diào)節(jié)成是t二入/ (nx4)。
例如在光控制裝置8中使用波長(zhǎng)X:633nm的紅色激光時(shí)，第一電介質(zhì) 膜42的厚度tl在作為其材料是Si02 ( n = 1.48 )時(shí)是被設(shè)定成tl = 633 / ( 4 x 1.48 ) = 106nm程度。第二電介質(zhì)膜44的厚度t2在作為其材料是Si3N4 (n = 2.0 )時(shí)是被設(shè)定成t2 = 633 / ( 4 x 2 ) = 79nm程度。構(gòu)成第二反射層 40的電介質(zhì)膜的厚度tl、 t2也不一定需要嚴(yán)格地設(shè)計(jì)成是A /4。
作為電介質(zhì)膜的材料也可以替代氮化硅膜而使用Ti03。這時(shí)第二電介 質(zhì)膜44的厚度t2被設(shè)定成t2 = 633 / ( 4 x 2.2 ) = 72nm左右。
圖2 (b)中從光調(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Rl相等。反射 率R1是由第一反射層32所使用的金屬材料而決定的，在選擇了是Pt時(shí)， 則是50 80%。
因此，這時(shí)的反射率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(guò)第一電介質(zhì)膜42、第二電介質(zhì)膜44的材料和厚度來(lái)調(diào)節(jié)。如 圖2所示，本實(shí)施例中第二反射層40分別把各三層第一電介質(zhì)膜42和第 二電介質(zhì)膜44交替地層合。第二反射層40也可以把層合第一電介質(zhì)膜42 和第二電介質(zhì)膜44的順序反過(guò)來(lái)。且為了微調(diào)節(jié)反射率R2也可以再層合 第三電介質(zhì)膜。
第二反射層40被開(kāi)口 ，透明電極36通過(guò)孔和配線38而被向外部引出。 作為配線38的材料能恰當(dāng)?shù)厥褂肁l等。 在配線38的上面還可以形成保護(hù)膜。
本實(shí)施例把透明電極36和第一反射層32形成電才及對(duì)。第一反射層32 的電位例如被固定成接地電位，各像素透明電極36的電位通過(guò)控制信號(hào) CNT來(lái)控制。
說(shuō)明如上構(gòu)成的光控制裝置8的動(dòng)作。
圖3模式表示了光控制裝置8的一個(gè)像素的動(dòng)作狀態(tài)。該圖在與圖2 相同結(jié)構(gòu)要素上付與了相同的符號(hào)。且為了筒略化而把透明電極36等結(jié)構(gòu)要素省略了。
從光控制裝置8的上方射入強(qiáng)度Iin的激光。光控制裝置8的第一反射 層32、光調(diào)制膜34和第二反射層40構(gòu)成了法布里珀羅型諧振器，射入光 的一部分被封入，其一部分被反射。當(dāng)把射入激光的強(qiáng)度設(shè)定為Iin、把被 光控制裝置8反射的激光的強(qiáng)度設(shè)定為lout時(shí)，光控制裝置8的反射率R 由R = Iout/Iin來(lái)定義。
圖4表示的是向光控制裝置8射入的光的波長(zhǎng)入與反射率R關(guān)系。 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 諧振器具有入m =2ntcose /m的諧振波長(zhǎng)。在此m表示的是級(jí)數(shù)、n表示 的是光調(diào)制膜34的折射率、t表示的是光調(diào)制膜34的厚度、6表示的是激 光的射入角度。如圖4所示，光控制裝置8的反射率R在諧振波長(zhǎng)Am處 是最小值。
如上所述，光調(diào)制膜34的折射率n依賴于向電極對(duì)施加的電場(chǎng)?，F(xiàn)在 把第一反射層32設(shè)定為接地電位，當(dāng)向未圖示的透明電極36施加控制電 壓Vcnt時(shí)則在光調(diào)制膜34的厚度方向上施加電場(chǎng)E = Vcnt/t。在光調(diào)制 膜34的折射率n變化量An與施加的電場(chǎng)E之間有An = l/ 2xn3xR><E2 的關(guān)系成立。在此，R是光電常數(shù)(克爾常數(shù))。
圖4的(I )表示沒(méi)施加控制電壓Vcnt時(shí)的反射特性。
現(xiàn)在作為控制電壓Vcnt而把電壓I施加在各像素10的透明電極36上 時(shí)，則光調(diào)制膜34的折射率變化而諧振器的諧振波長(zhǎng)從入ml漂移到入m2。 把這時(shí)的反射特性在圖4中以(II )表示。
把向光控制裝置8射入的激光波長(zhǎng)設(shè)定為入ml時(shí)，當(dāng)把控制電壓Vcnt 從接地電位變化到某電壓值VI時(shí)，則通過(guò)諧振波長(zhǎng)的漂移能使光控制裝置 8的反射率,人Rml變4匕到Rm2。
在此，把沒(méi)施加電壓時(shí)的反射率Ron與施加了電壓時(shí)的反射率Roff的 比定義為接通斷開(kāi)比。射入光的強(qiáng)度Iin—定時(shí)，則反射光的強(qiáng)度Iout與反 射率成比例。因此接通斷開(kāi)比大就意味著能以更高的精度控制反射光的強(qiáng) 度Iout。
第一反射層32的反射率Rl與第二反射層40的反射率R2越接近則諧 振波長(zhǎng)人m時(shí)光控制裝置8的反射率R就越低。因此，如上所述調(diào)節(jié)第二 反射層40的電介質(zhì)多層膜的層數(shù)和材料來(lái)把第 一反射層32的反射率Rl與第二反射層40的反射率R2設(shè)計(jì)成相等，這樣來(lái)把斷開(kāi)時(shí)的反射率Rl設(shè)定
低就能提高接通斷開(kāi)比。
這樣在本實(shí)施例的光控制裝置8中，通過(guò)變化向光調(diào)制膜34施加的電 場(chǎng)而使反射率變化，能實(shí)現(xiàn)控制反射光lout強(qiáng)度的光開(kāi)關(guān)元件。且由于通 過(guò)變化光調(diào)制膜34的折射率還能控制反射光的相位，所以能恰當(dāng)?shù)厥褂迷?全息記錄裝置等中。
由于該光控制裝置8是反射型結(jié)構(gòu)，所以不需要使射入光Iin透射基板 30。其結(jié)果是與現(xiàn)有的透射型光控制裝置相比能提高光的利用效率。
本實(shí)施例的光控制裝置8由于是4巴多個(gè)像素10配置成矩陣狀，且在每 個(gè)各像素IO上具有電極對(duì)，所以能對(duì)每個(gè)像素控制反射率，能作為空間光 調(diào)制器SLM進(jìn)行使用。
本實(shí)施例的光控制裝置8由于是把第一反射層32和透明電極36形成 了電極對(duì)，所以能在光調(diào)制膜34的厚度方向上同樣地施加電場(chǎng)，能使光調(diào) 制膜34內(nèi)部的折射率均勻地變化。
根據(jù)本實(shí)施例的光控制裝置8，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是使用了硅時(shí)，由于能在硅 內(nèi)形成晶體管元件等，所以能對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行設(shè)置了控制電壓Vcnt控制機(jī) 構(gòu)的有源矩陣驅(qū)動(dòng)。
通過(guò)作為用于向光調(diào)制膜34施加電場(chǎng)的上部電極而使用透明電極36， 能提高開(kāi)口率，且能把衍射抑制到最小限度，因此提高了光的利用效率。 光利用效率的提高就意味著能降低射入激光的強(qiáng)度Iin，能謀求減少電力的 消耗。
本實(shí)施例的光控制裝置8是在光調(diào)制膜34的上層形成的透明電極36, 并在其上形成的第二反射層40。其結(jié)果是與在第二反射層40的上層上形成 透明電極36的情況相比能縮短上部電極與下部電極之間的距離，因此能提 高向光調(diào)制膜34施加的電場(chǎng)E。這從另 一個(gè)角度看就意味是為了施加相同 的電場(chǎng)而能降低應(yīng)向電極之間所施加的電壓，這樣就能使光控制裝置8在 低電壓下進(jìn)行動(dòng)作。
本實(shí)施例的光控制裝置8中，由于是通過(guò)控制反射率R來(lái)使反射光的 強(qiáng)度lout變化，所以不需要偏振光板或檢偏振器，具有光的利用效率高的 優(yōu)點(diǎn)。圖6是表示保護(hù)層50的厚度tp與PLZT的介電常數(shù)s關(guān)系的圖。該圖 是在PLZT上形成作為保護(hù)層50的Ir02膜，并把IrCM莫的膜厚tp作為參數(shù), 對(duì)在其上層使用ITO形成透明電極36時(shí)的介電常數(shù)s進(jìn)行測(cè)量。
在保護(hù)層50的膜厚度tp是0時(shí)，即把ITO的透明電極36直接形成在 PLZT上時(shí)介電常數(shù)是800左右。在此通過(guò)把保護(hù)層50的厚度加厚到5nm、 10nm，則介電常數(shù)變大。
把PLZT上的電極僅使用膜厚度50nm左右的Ir02來(lái)形成，而在其上面 不形成ITO的電極時(shí)PLZT的介電常數(shù)是1200程度。即，通過(guò)加厚保護(hù)層 50的厚度tp而能使PLZT的介電常數(shù)與僅由Ir02形成電極時(shí)的介電常數(shù)接 近。
根據(jù)這點(diǎn)則認(rèn)為通過(guò)在ITO與PLZT之間形成Ir02的薄膜，該Ir〇2有 作為保護(hù)層的功能。
作為Ir02有作為保護(hù)層的功能的理由認(rèn)為有以下兩個(gè)。首先一個(gè)是在 ITO堆積到PLZT上時(shí)加在PLZT界面上的損傷通過(guò)Ir02保護(hù)層的設(shè)置而被 緩和。還有一個(gè)是通過(guò)Ir02保護(hù)層的形成而防止在ITO電極形成后該ITO 向PLZT的內(nèi)部擴(kuò)散而使電特性惡化，這也被認(rèn)為的一個(gè)原因。
把PLZT作為光調(diào)制膜34使用時(shí)介電常數(shù)高的好。 一方面是由于形成 保護(hù)層50的Ir02的光透射率不如ITO的那樣高，所以通過(guò)加厚保護(hù)層50, 而使光的透射率低下。于是保護(hù)層50的厚度tp需要根據(jù)透射率和PLZT的 電特性這兩者來(lái)決定。如圖6所示了解到，越加厚保護(hù)層50的厚度tp則介 電常數(shù)就越被改善，在介電常數(shù)5= 1200左右時(shí)大致就取得一定值。因此 在由IrO2形成保護(hù)層50時(shí)，只要其厚度在lnm以上就能認(rèn)為有有益的效果， 通過(guò)進(jìn)一步設(shè)定成3nm 5nm,則能把介電常數(shù)改善到100以上。若進(jìn)一步 加厚膜厚度到10nm到25nm的范圍，則不使用ITO就能得到與僅由Ir02 進(jìn)行形成電極時(shí)同等的介電常數(shù)。保護(hù)層50的厚度越厚則PLZT的電特性 越被改善，但也考慮到制造成本和制造時(shí)間則最好是設(shè)定成50nm以下。
如圖4所示，通過(guò)在電極之間施加電壓而光控制裝置8的反射率頻率 特性進(jìn)行波長(zhǎng)漂移。圖7是表示光控制裝置8中保護(hù)層50的厚度tp與波長(zhǎng) 漂移量A入m ( = Xm2-入ml )關(guān)系的圖。圖7是施加同一電場(chǎng)時(shí)把波長(zhǎng)漂 移量以保護(hù)層的厚度作為參數(shù)來(lái)進(jìn)行表示。
在保護(hù)層50的膜厚度是0時(shí)，即，把ITO的透明電極36直接形成在PLZT上時(shí)，波長(zhǎng)漂移量A入m是2.4nm左右。通過(guò)把保護(hù)層50的厚度加 厚到5nm、 20nm，而波長(zhǎng)漂移量A入m變大。波長(zhǎng)漂移量A入m和保護(hù)層 的厚度表示出與圖6的介電常數(shù)同樣的傾向，只要其厚度在lnm以上就能 認(rèn)為取得有益的效果，通過(guò)進(jìn)一步設(shè)定成3nm 5nm則能把波長(zhǎng)漂移量加大 到lnm程度。若進(jìn)一步加厚膜厚度到10nm到25nm的范圍，則能改善到 1.5nm程度。
如圖4所示，波長(zhǎng)漂移量A入m越大則越能把光控制裝置8反射率的 接通斷開(kāi)比取高，所以最好是設(shè)定在3nm 25nm的范圍內(nèi)。
通過(guò)把保護(hù)層50的厚度設(shè)定在該范圍內(nèi)，能一邊抑制光透射率的降低 一邊提高作為光控制裝置8的光的利用效率。
這樣通過(guò)使用包括光調(diào)制膜34、保護(hù)層50和透明電極36的結(jié)構(gòu)體而 能 一 邊抑制由電極引起的光透射率的降低一 邊實(shí)現(xiàn)能進(jìn)行良好調(diào)制的光控 制裝置8。
以上說(shuō)明了第二實(shí)施例。該實(shí)施例說(shuō)到底就是例示，業(yè)內(nèi)人士可理解 為能有各種變形例，且這些變形例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
實(shí)施例中作為光調(diào)制膜34、保護(hù)層50和透明電極36的組合說(shuō)明了 PLZT、 Ir02、 ITO的情況，但并不限定于此。代替PLZT也可以使用PZT。 代替ITO也可以使用ZnO。且作為保護(hù)層50也可以使用SrRu03、 La。.5SrQ.5Co03。它們的任意組合能得到實(shí)施例中說(shuō)明的效果。
實(shí)施例中說(shuō)明了利用把成為上部電極的透明電極36和成為下部電極的 第一反射層32形成是電極對(duì)的情況，但并不限定于此，例如也可以把用于 向光調(diào)制膜34施加電場(chǎng)的電極對(duì)作為梳形電極形成在保護(hù)層50的上面。 這時(shí)電場(chǎng)對(duì)于光調(diào)制膜34是向橫方向上施加。
即使在這時(shí)，梳形電極最好也是設(shè)定成是由ITO等形成的透明電極， 通過(guò)在透明電極36與光調(diào)制膜34即PLZT膜之間形成保護(hù)膜而能抑制光調(diào) 制膜34的電特性惡化。
第二反射層40也可以由金屬薄膜形成的半透半反鏡。這時(shí)與形成電介 質(zhì)多層膜的情況相比能把制造工序簡(jiǎn)易化。且通過(guò)保護(hù)層50還能期待降低 半透半反鏡的金屬薄膜給予光調(diào)制膜34的影響。
實(shí)施例是說(shuō)明了把光控制裝置8作為全息記錄裝置70的光空間調(diào)制器 來(lái)使用的情況，但并不限定于此，而是也能在顯示裝置、光通信用開(kāi)關(guān)、光通信用調(diào)制器、光演算裝置和加密電路等中使用。
實(shí)施例是說(shuō)明了作為光調(diào)制膜34是使用的光電材料，且具備向光調(diào)制
膜34施加電場(chǎng)的電極對(duì)的情況。本發(fā)明在光調(diào)制膜34使用了磁光材料的
情況下也能使用，這時(shí)只要把施加電場(chǎng)的電極對(duì)置換成用于施加磁場(chǎng)的磁 場(chǎng)施加4幾構(gòu)i^更可。
(第三實(shí)施例)
概要說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施例的光控制裝置。該光控制裝置是通過(guò)施加 來(lái)自外部的電壓而使反射率變化的光調(diào)制器。該光控制裝置具有法布里珀 羅型諧振器結(jié)構(gòu)，且具備根據(jù)施加的電場(chǎng)而折射率變化的光調(diào)制膜和把該 光調(diào)制膜夾住形成的兩層反射層。光控制裝置與激光光源和光學(xué)系統(tǒng)一起 構(gòu)成光控制系統(tǒng)。光控制裝置使激光以規(guī)定的射入角度射入。而被光控制 裝置反射的激光由于具有與光控制裝置的反射率成比例的強(qiáng)度，所以通過(guò) 把該反射光由記錄媒體或光檢測(cè)元件等進(jìn)行記錄、檢測(cè)而能在各種用途中 被利用。
圖2 (a)表示的是本實(shí)施例光控制裝置8的平面圖。光控制裝置8具 備在基板30上配列成8行8列的平面狀多個(gè)像素10。各像素10構(gòu)成20|11 mx20ym左右的尺寸。把用于從外部控制反射率的控制信號(hào)CNT向各像 素IO輸入。
圖2 (b)表示的是圖2 (a)所示光控制裝置的A-A'線的剖面圖。光 控制裝置8包括基板30、第一反射層32、光調(diào)制膜34、透明電極36、 配線38和第二反射層40。
本實(shí)施例的光控制裝置8被形成在基板30上。作為該基板30的材料 可以恰當(dāng)?shù)厥褂帽砻嫫教沟牟Ａ?、硅等?br> 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^皮設(shè)定成是200nm左右。 本實(shí)施例的第一反射層32是由Pt形成的，該第一反射層32如后述那樣具 有作為向光調(diào)制膜34施加電場(chǎng)的電極的功能。
在第一反射層32是由Pt形成時(shí)，第一反射層32的反射率是從60%到 80%的程度。
在第一反射層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 料選擇的是根據(jù)施加的電場(chǎng)而折射率變化的固體光電材料。作為這種光電材料可以使用PLZT、 PZT、 LiNb03、 GaA-MQW、 SBN((Sr， Ba)Nb206) 等，但特別是PLZT能恰當(dāng)?shù)乇皇褂?。光調(diào)制膜34的厚度t由射入光的射 入角度和波長(zhǎng)來(lái)決定，例如把射入光i殳定成是650nm附近的紅色光時(shí)，則 最好是在500nm到1500腿的范圍內(nèi)來(lái)形成。如后述那樣，由于向光調(diào)制 膜34施加的電場(chǎng)是在厚度方向上施加的，所以若膜厚度在1500nm以上， 則施加用于得到足夠折射率變化的電場(chǎng)是困難的。且若膜厚度在500nm以 下，則不能得到足夠的光學(xué)膜厚度變化△ nt。
在光調(diào)制膜34的上面設(shè)置有透明電極36。透明電極36例如能由ITO (Indium Tin Oxide )、 ZnO、 Ir02等形成。在透明電極36是由ITO或ZnO 形成時(shí)，其厚度設(shè)定成是100nm 150nm左右。在是由Ir02形成時(shí)則最好把 膜厚度設(shè)定的更薄，例如是50nm左右。該透明電極36由于電阻值與透射 率是平衡的關(guān)系，所以其厚度也可以由實(shí)驗(yàn)決定。
該透明電極36按每個(gè)像素10配置形成矩陣狀。
在透明電極36的上面形成有第二反射層40。該第二反射層40由電介 質(zhì)多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44 交替層合的。作為第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44的材料組合能使用 Si02 (n = 1.48)、 Si3N4 (n = 2.0)。
在電介質(zhì)多層膜是由氧化硅膜和氮化硅膜形成的時(shí)，能在硅半導(dǎo)體集 成電路的制造處理和制造裝置中原封不動(dòng)地使用。
電介質(zhì)多層膜能通過(guò)等離子CVD ( Chemical Vapor Deposition )法 來(lái)形成。SiCy莫是能在TEOS、 02環(huán)境中在溫度20(TC的條件下生長(zhǎng)，Si3N4 膜是能在SiH4、 NH3環(huán)境中在溫度200。C的條件下恰當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)。
電介質(zhì)多層膜也可以通過(guò)離子束噴濺法形成。
第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44各自的厚度tl、。被設(shè)計(jì)成是向 光控制裝置8射入光的波長(zhǎng)的1 /4。即當(dāng)把向光控制裝置8射入光的波長(zhǎng) 設(shè)定成是入、把電介質(zhì)膜的折射率設(shè)定成是n時(shí)，則各電介質(zhì)膜一層的厚 度t被調(diào)節(jié)成是t二入/ (nx4)。
例如在光控制裝置8中使用波長(zhǎng)A = 633nm的紅色激光時(shí)，第一電介質(zhì) 膜42的厚度tl在作為其材料是Si02 ( n = 1.48 )時(shí)是被設(shè)定成tl = 633 / ( 4 x 1.48 ) == 106nm程度。第二電介質(zhì)膜44的厚度t2在作為其材料是Si3N4 (n = 2.0)時(shí)是被設(shè)定成t2-633 / ( 4 x 2 ) = 79nm程度。構(gòu)成第二反射層40的電介質(zhì)膜的厚度tl、 t2也不一定需要嚴(yán)格地設(shè)計(jì)成是入/4。
作為電介質(zhì)膜的材料也可以替代氮化硅膜而使用Ti03 (n = 2.2)。這時(shí) 第二電介質(zhì)膜44的厚度t2被設(shè)定成t2 = 633 / ( 4 x 2.2 ) = 72nm程度。
圖2 (b)中從光調(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Rl相等。反射 率Rl是由第一反射層32所使用的金屬材料而決定的，在選擇了是Pt時(shí)， 則是60~80%。
因此，這時(shí)的反射率R2也被設(shè)計(jì)成是60~80%。第二反射層40的反射 率R2能通過(guò)第 一 電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44的材料與厚度來(lái)調(diào)節(jié)。如 圖2 (b)所示，本實(shí)施例中第二反射層40分別把各三層第一電介質(zhì)膜42 和第二電介質(zhì)膜44交替地層合。在第二反射層40中，也可以把層合第一 電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44的順序反過(guò)來(lái)。且為了微調(diào)節(jié)反射率R2也 可以再層合第三電介質(zhì)膜。
第二反射層40也可以由金屬薄膜形成的半透半反鏡。這時(shí)與形成電介 質(zhì)多層膜的情況相比能把制造工序簡(jiǎn)易化。
第二反射層40被開(kāi)口 ，透明電極36通過(guò)孔和配線38而被向外部引出。 作為配線38的材料能恰當(dāng)?shù)厥褂肁l等。
在配線38的上面還可以形成保護(hù)膜。
本實(shí)施例把透明電極36和第一反射層32形成電極對(duì)。第一反射層32 的電位例如被固定成是接地電位，各像素透明電極36的電位通過(guò)控制信號(hào) CNT來(lái)控制。
說(shuō)明如上構(gòu)成的光控制裝置8的基本動(dòng)作。
圖9模式表示了光控制裝置8的一個(gè)像素10的動(dòng)作狀態(tài)。該圖在與圖 2(a)、圖2 (b)相同結(jié)構(gòu)要素上付與了相同的符號(hào)。且為了簡(jiǎn)略化而把透 明電極36等結(jié)構(gòu)要素省略了。圖中nl、 n2表示折射率。
從光控制裝置8的上方射入強(qiáng)度Iin的激光。光控制裝置8的第一反射 層32、光調(diào)制膜34和第二反射層40構(gòu)成了法布里珀羅型諧振器，射入光 的一部分被封入，其一部分被反射。當(dāng)把射入激光的強(qiáng)度設(shè)定為Kn、把被 光控制裝置8反射的激光的強(qiáng)度設(shè)定為lout時(shí)，光控制裝置8的反射率R 由R = Iout/Iin來(lái)定義。
圖4表示的是向光控制裝置8射入的光的波長(zhǎng)入與反射率R關(guān)系。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
諧振器具有入m二2ntcos6 /m的諧振波長(zhǎng)。在此m表示的是級(jí)數(shù)、112表示 的是光調(diào)制膜34的折射率、t表示的是光調(diào)制膜34的厚度、6表示的是激 光向光調(diào)制膜34的射入角度。如圖4所示，光控制裝置8的反射率R在諧 振波長(zhǎng)？vm處是最小值。
如上所述，光調(diào)制膜34的折射率n2依賴于向電極對(duì)施加的電場(chǎng)?，F(xiàn)在 把第 一反射層32設(shè)定為接地電位，當(dāng)向未圖示的透明電極36施加控制電 壓Vcnt時(shí)，則在光調(diào)制膜34的厚度方向上被施加了電場(chǎng)E = Vcnt/t。在 光調(diào)制膜34的折射率ri2變化量An與施加的電場(chǎng)E之間有An = 1 / 2 x (n2) 3xRxE 的關(guān)系成立。在此，R是光電常數(shù)(克爾常數(shù))。
圖4的(I )表示沒(méi)施加控制電壓Vcnt時(shí)的反射特性。
現(xiàn)在作為控制電壓Vcnt而把電壓I施加在各像素10的透明電極36上 時(shí)，則光調(diào)制膜34的折射率變化而諧振器的諧振波長(zhǎng)從入ml漂移到入m2。 把這時(shí)的反射特性在圖4中以(II )表示。
把向光控制裝置8射入的激光波長(zhǎng)設(shè)定為入ml時(shí)，當(dāng)把控制電壓Vcnt 從接地電位變化到某電壓值VI時(shí)，則通過(guò)諧振波長(zhǎng)的漂移能使光控制裝置 8的反射率從Rml變化到Rm2。
在此，把沒(méi)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定義為接通斷開(kāi)比。射入光的強(qiáng)度Iin—定時(shí)，則反射光的強(qiáng) 度lout與反射率成比例。因此接通斷開(kāi)比大就能以更高的精度控制反射光 的強(qiáng)度Iout。
第一反射層32的反射率Rl與第二反射層40的反射率R2越接近則諧 振波長(zhǎng)入m時(shí)光控制裝置8的反射率就越低。因此，如上所述調(diào)節(jié)第二反 射層40的電介質(zhì)多層膜的層數(shù)和材料來(lái)把第一反射層32的反射率Rl與第 二反射層40的反射率R2設(shè)計(jì)成相等，這樣來(lái)把斷開(kāi)時(shí)的反射率Rml設(shè)定 低就能提高接通斷開(kāi)比。
這樣在本實(shí)施例的光控制裝置8中，通過(guò)變化向光調(diào)制膜34施加的電 場(chǎng)而使反射率變化，能實(shí)現(xiàn)控制反射光lout強(qiáng)度的光開(kāi)關(guān)元件。且由于通 過(guò)變化光調(diào)制膜34的折射率還能控制反射光的相位，所以能恰當(dāng)?shù)厥褂迷?全息記錄裝置等中。由于該光控制裝置8是反射型結(jié)構(gòu)，所以不需要使射 入光Iin透射基板30。其結(jié)果是與現(xiàn)有的透射型光控制裝置相比能提高光的利用效率。
下面說(shuō)明使用上述光控制裝置8構(gòu)成的本實(shí)施例光控制系統(tǒng)200。
圖10是表示本實(shí)施例光控制系統(tǒng)200結(jié)構(gòu)的圖。光控制系統(tǒng)200包括 激光光源72、光控制裝置8、棱鏡80和控制部60。激光光源72包括激 光二極管和光束擴(kuò)展器等光學(xué)系統(tǒng)，從激光二極管輸出的激光被擴(kuò)大光束 徑并被準(zhǔn)直后輸出。
激光光源72被設(shè)置在可動(dòng)支架82上?？蓜?dòng)支架82能以規(guī)定的軸為中 心傾斜移動(dòng)來(lái)使激光光源72的光軸方向可變?？蓜?dòng)支架82通過(guò)驅(qū)動(dòng)器等 能調(diào)節(jié)其方向。
從激光光源72輸出的激光以規(guī)定的射入角度向光控制裝置8射入。本 實(shí)施例中的激光被設(shè)計(jì)成在后述的校正處理前對(duì)于光控制裝置8的法線方 向是以小=45。射入的。光控制裝置8如圖2 (a)所示包含有配置成矩陣 狀的多個(gè)像素，并通過(guò)從控制部60輸出的控制信號(hào)CNT來(lái)控制每個(gè)各像 素的反射率。光控制裝置8被設(shè)置在可動(dòng)支架84上。可動(dòng)支架84被軸支 承，相對(duì)于激光光源72輸出的激光而能調(diào)節(jié)設(shè)置角度?？蓜?dòng)支架84也與 可動(dòng)支架82同樣地是由驅(qū)動(dòng)器等來(lái)控制。
控制部60向可動(dòng)支架82、 84輸出角度控制信號(hào)SIG1、 SIG2來(lái)控制激 光光源72的光軸方向。
把光控制裝置8反射的激光向棱鏡80射入。激光通過(guò)棱鏡80而被變 更光路，激光被向未圖示的記錄媒體、光檢測(cè)器等引導(dǎo)。
返回到圖9說(shuō)明以上結(jié)構(gòu)光控制系統(tǒng)200的動(dòng)作。上述光控制裝置8 的諧振波長(zhǎng)是由入m = 2 n2 t cos 6 / m給出。在光調(diào)制膜34的折射率n2= 2.0、有無(wú)施加電場(chǎng)而引起的折射率變化An^0.01時(shí)，諧振波長(zhǎng)入m只不過(guò) 漂移0.5%。
另 一方面諧振波長(zhǎng)入m也與光調(diào)制膜34的厚度t成比例。因此若厚度 t有1%的偏差則諧振波長(zhǎng)人m也有1%的偏差。且光調(diào)制膜34的折射率n2 也有時(shí)有偏差，作為該結(jié)果是認(rèn)為諧振波長(zhǎng)A m也有偏差。
如圖4所示，若諧振波長(zhǎng)Xm產(chǎn)生偏差則沒(méi)向光調(diào)制膜34施加電壓時(shí) 的反射率Rml就有變動(dòng)，因此光控制裝置8的接通斷開(kāi)比降低。
為了使光控制裝置8的諧振波長(zhǎng)A m不隨光調(diào)制膜34的特性偏差而變 動(dòng)并成為 一定值，則只要調(diào)節(jié)cos 6使n2 x t x cos 6成為 一定值便可。于是在圖10的光控制系統(tǒng)200中，根據(jù)光調(diào)制膜34的膜厚度t和折射
率n2的偏差并通過(guò)可動(dòng)支架82、 84來(lái)調(diào)節(jié)激光向光控制裝置8的射入角度小。
圖9中激光的射入角度4)與光調(diào)制膜34內(nèi)激光的射入角度6按照斯內(nèi) 爾定律有n, sin(J)= n2 . sin6成立。圖11是表示激光的射入角度4與cos e關(guān)系的圖是按n產(chǎn)l、 n產(chǎn)2.5計(jì)算的，如圖11所示，以初始狀態(tài)的45° 為中心在±5。的范圍內(nèi)變化激光的射入角度d)時(shí)，cos6的值在士"/o程度 的范圍內(nèi)變化。因此在光調(diào)制膜34的制造工序中，n2xt的值即使有士10/0 的變動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)激光的射入角度小也能抑制諧振波長(zhǎng)入m的變動(dòng)。
圖10的光控制系統(tǒng)200中，激光向光控制裝置8射入角度c))的調(diào)節(jié)， 即諧振波長(zhǎng)A m的校正是如下進(jìn)行的。
校正時(shí)在棱鏡80的后段配置光電二極管、CCD (Charge Coupled Device)等光檢測(cè)元件。使激光光源72輸出的激光以射入角度4> = 45°向 光控制裝置8射入。這時(shí)，在光控制裝置8的各像素中，施加為了使其反 射率應(yīng)該成為最小值的控制電壓Vcnt。在本實(shí)施例中，是設(shè)計(jì)成Vcnt二0 時(shí)的反射率最小。
如圖4所示，若光調(diào)制膜34的膜厚度t和折射率ri2接近于設(shè)計(jì)值，則 射入的激光波長(zhǎng)是入ml時(shí)的反射率就成為Rml,因此向光4企測(cè)元件射入的 激光強(qiáng)度變低。相反若光調(diào)制膜34的膜厚度t和折射率n2有偏差，則由于 諧振波長(zhǎng)漂移而由光檢測(cè)元件檢測(cè)出的激光強(qiáng)度就變高。
于是控制部60通過(guò)角度控制信號(hào)SIG1、 SIG2來(lái)調(diào)節(jié)可動(dòng)支架82、 84 的設(shè)置角度以調(diào)節(jié)激光向光控制裝置8的射入角度(J)，以使光檢測(cè)元件檢 測(cè)的激光強(qiáng)度接近于最小值，而能校正諧振波長(zhǎng)入m。
當(dāng)變化激光的射入角度4)則由光控制裝置8反射的激光的像就向一個(gè) 方向畸變，但通過(guò)設(shè)置棱鏡80就能校正由射入角度4)變化而引起產(chǎn)生的像 的畸變。
這樣，在本實(shí)施例的形態(tài)的光控制系統(tǒng)200中，光控制裝置8伴隨光 調(diào)制膜34的制造偏差的諧振波長(zhǎng)人m的漂移能夠通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)光控制裝置8 的激光的射入角度進(jìn)行校正。
現(xiàn)有在把光調(diào)制膜34由PLZT等形成時(shí)為了能穩(wěn)定地制造其膜厚度t 和折射率112，所以需要高價(jià)的制造裝置，且雖然需要對(duì)于每個(gè)光控制裝置8進(jìn)行光調(diào)制膜34的完成情況評(píng)價(jià)而使光控制系統(tǒng)200的成本有變高的問(wèn) 題，但如上所述通過(guò)在光控制系統(tǒng)200上設(shè)置激光的射入角度調(diào)整機(jī)構(gòu)就 能筒易地校正諧振波長(zhǎng)入m,能提高光控制裝置8的合格品率。
以上說(shuō)明了第三實(shí)施例。該實(shí)施例說(shuō)到底就是例示，業(yè)內(nèi)人士可理解 為能有各種變形例，且這些變形例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
實(shí)施例中說(shuō)明了把成為上部電極的透明電極36和成為下部電極的第一 反射層32形成是電極對(duì)的情況，但并不限定于此，例如也可以把用于向光 調(diào)制膜34施加電場(chǎng)的電極對(duì)作為梳形電極形成在光調(diào)制膜34的上面。這 時(shí)電場(chǎng)對(duì)于光調(diào)制膜34是向橫方向上施加。即使在這時(shí)，通過(guò)根據(jù)光調(diào)制 膜34的膜厚度來(lái)調(diào)節(jié)激光的射入角度4)就能校正諧振波長(zhǎng)入m。
實(shí)施例中作為激光向光控制裝置8射入角度cj)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是說(shuō)明了可 動(dòng)支架82、 84具備驅(qū)動(dòng)器等，并按照控制部60輸出的角度控制信號(hào)SIG1、 SIG2來(lái)調(diào)節(jié)射入角度的情況，但也可以是手動(dòng)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
實(shí)施例中作為激光向光控制裝置8射入角度cj)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是說(shuō)明了使 用可動(dòng)支架82、 84的情況，但并不限定于此。例如也可以使從激光光源72 輸出的激光向反射鏡照射而把被反射鏡反射的激光向光控制裝置8輸入。 這時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)該反射鏡的角度也能調(diào)節(jié)射入角度4)。
且實(shí)施例是說(shuō)明了校正由光控制裝置8的光調(diào)制膜34厚度和折射率的 偏差而引起的諧振波長(zhǎng)變動(dòng)的情況，但并不限定于此。例如在變更向光控 制裝置8射入的激光波長(zhǎng)時(shí)等，也能按照激光的波長(zhǎng)來(lái)變更光控制裝置8 的諧振波長(zhǎng)。
實(shí)施例是通過(guò)棱鏡80來(lái)校正像的畸變，但通過(guò)多個(gè)反射鏡與透鏡的組 合也能實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
實(shí)施例中說(shuō)明的光控制系統(tǒng)200也能被使用在以全息記錄裝置的光空 間調(diào)制器為首的顯示裝置、光通信用開(kāi)關(guān)、光通信用調(diào)制器、光演算裝置 和加密電路等中。
實(shí)施例是說(shuō)明了作為光調(diào)制膜34是使用的光電材料，且具備向光調(diào)制 膜34施加電場(chǎng)的電極對(duì)的情況。本發(fā)明在光調(diào)制膜34是使用了磁光材料 的情況下也能使用，這時(shí)只要把施加電場(chǎng)的電極對(duì)置換成用于施加-茲場(chǎng)的 磁場(chǎng)施加機(jī)構(gòu)便可。
本發(fā)明還能適用在這些以外的法布里珀羅型諧振器中，能廣泛適用在諧振器由兩個(gè)反射層和被它們夾住的薄膜形成，而諧振器長(zhǎng)度在諧振器制 造后調(diào)整困難的諧振器中。 (第四實(shí)施例)
概要說(shuō)明本發(fā)明第四實(shí)施例的光調(diào)制裝置。該光調(diào)制裝置是通過(guò)施加 來(lái)自外部的電壓而使反射率變化的光調(diào)制裝置。該光變化裝置具有法布里 珀羅型諧振器結(jié)構(gòu)，且具備根據(jù)施加的電場(chǎng)而折射率變化的光調(diào)制膜和把 該光調(diào)制膜夾住形成的兩層反射層。在向光調(diào)制裝置射入激光的狀態(tài)下若 給予控制信號(hào)則能使光調(diào)制裝置的反射率變化，能控制被反射的激光的強(qiáng) 度。而被光調(diào)制裝置反射的激光由于具有與反射率成比例的強(qiáng)度，所以通 過(guò)把該反射光由記錄媒體或光檢測(cè)元件等進(jìn)行記錄、檢測(cè)而能在各種用途 中被利用。
圖12是表示本實(shí)施例光調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)的圖。光調(diào)制裝置20具備控制
部22、偏壓部24和諧振器26。圖12所示的諧振器26是諧振器26的剖面 圖。諧振器26包括基板30、第一反射層32、光調(diào)制膜34、透明電極36 和第二反射層40。
諧振器26被形成在基板30上。作為該基板30的材料可以恰當(dāng)?shù)厥褂?表面平坦的玻璃、硅等。例如若是由硅構(gòu)成的基板30，則也可以在基板上 設(shè)置開(kāi)關(guān)元件，而在其上形成諧振器26。
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的厚度被設(shè)定成是200nm左右。 本實(shí)施例的第一反射層32是由Pt形成的，該第一反射層32如后述那樣具 有作為向光調(diào)制膜34施加電場(chǎng)的電極的功能。在第 一反射層32是由Pt形 成時(shí)，第一反射層32的反射率是從50%到80。/。的程度。
在第一反射層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 料選擇的是根據(jù)施加的電場(chǎng)而折射率變化的固體光電材料。作為這種光電 材料可以使用PLZT、 PZT(鈦酸鋯酸鉛)、LiNb03、 GaA-MQW、 SBN((Sr, Ba) Nb206)等，但特別是PLZT能恰當(dāng)?shù)乇皇褂?。光調(diào)制膜34的厚度t 由射入光的射入角度和波長(zhǎng)來(lái)決定，例如把射入光設(shè)定成是650nm附近的 紅色光時(shí)，則最好是在500nm到1500nm的范圍內(nèi)來(lái)形成。如后述那樣' 由于向光調(diào)制膜34施加的電場(chǎng)是在厚度方向上施加的，所以若膜厚度在 1500nm以上，則施加為了得到足夠折射率變化的電場(chǎng)是困難的。且若膜厚度在500nm以下，則不能得到足夠的光學(xué)膜厚度變化Ant。
在光調(diào)制膜34的上面設(shè)置有透明電極36。透明電極36例如能由ITO (Indium Tin Oxide )、 ZnO、 Ir02等形成。在透明電極36是由ITO或ZnO 形成時(shí)，其厚度設(shè)定成是100nm 150nm左右。在是由Ir02形成時(shí)則最好把 膜厚度設(shè)定的更薄，例如是50nm左右。該透明電極36由于電阻值與透射 率是平衡的關(guān)系，所以其厚度也可以由實(shí)驗(yàn)決定。
在透明電極36的上面形成有第二反射層40。該第二反射層40由電介 質(zhì)多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44 交替層合的。作為第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44的材料組合能使用 Si02 (n = 1.48)、 Si3N4 (n = 2.0)。
在電介質(zhì)多層膜是由氧化硅膜和氮化硅膜形成的時(shí)，能在硅半導(dǎo)體集 成電路的制造處理和制造裝置中原封不動(dòng)地使用。
電介質(zhì)多層膜能通過(guò)等離子CVD ( Chemical Vapor Deposition )法 來(lái)形成。Si02膜是能在TEOS、 02環(huán)境中在溫度20(TC的條件下生長(zhǎng)，Si3N4 膜是能在SiH4、 NH3環(huán)境中在溫度200。C的條件下恰當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)。電介質(zhì)多層 膜也可以通過(guò)離子束噴濺法形成。
第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44各自的厚度tl、 t2被設(shè)計(jì)成向諧 振器26射入光的波長(zhǎng)的1/4。即當(dāng)把向諧振器26射入光的波長(zhǎng)設(shè)定成為 入、把電介質(zhì)膜的折射率設(shè)定成為n時(shí)，則各電介質(zhì)膜一層的厚度t被調(diào)節(jié) 成是t-入/ (nx4)。
例如在光調(diào)制裝置20中使用波長(zhǎng)入=633nm的紅色激光時(shí)，第 一 電介 質(zhì)膜42的厚度tl在作為其材料是Si02 (n = 1.48)時(shí)是被設(shè)定成tl = 633 / (4x 1.48)= 106nm程度。第二電介質(zhì)膜"的厚度t2在作為其材料是 Si3N4 ( n 二 2.0 )時(shí)是被設(shè)定成t2 = 633 / (4 x 2)= 79nm程度。構(gòu)成第二反 射層40的電介質(zhì)膜的厚度tl、 t2也不一定需要嚴(yán)格地設(shè)計(jì)成是X /4。
作為電介質(zhì)膜的材料也可以替代氮化硅膜而使用Ti03。這時(shí)第二電介 質(zhì)膜44的厚度t2被設(shè)定成t2 = 633 / ( 4 x 2.2 ) = 72nm程度。
圖12中從光調(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Rl相等。反射率 Rl是由第一反射層32所使用的金屬材料而決定的，在選擇了是Pt時(shí)，則 是50 80%。因此，這時(shí)的反射率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(guò)第一電介質(zhì)膜42和第二電介質(zhì)膜44的材料與厚度來(lái)調(diào)節(jié)。如 圖U所示，本實(shí)施例中第二反射層40分別把各三層第一電介質(zhì)膜42和第 二電介質(zhì)膜44交替地層合。第二反射層40也可以把層合第一電介質(zhì)膜42 和第二電介質(zhì)膜44的順序反過(guò)來(lái)。且為了微調(diào)節(jié)反射率R2也可以再層合 第三電介質(zhì)膜。
第二反射層40也可以由金屬薄膜形成的半透半反鏡。這時(shí)與形成電介 質(zhì)多層膜的情況相比能把制造工序簡(jiǎn)易化。
本實(shí)施例把透明電極36和第一反射層32形成電極對(duì)。如圖12所示透 明電極36被連接在控制部22上以施加控制電壓。
控制部22具有生成、輸出調(diào)制向光調(diào)制裝置20射入的光并射出控制 電壓Vcnt的功能?？刂齐妷篤cnt是取高電平VH或取低電平VL這兩值的 信號(hào)。
偏壓部24生成并輸出用于調(diào)整諧振器26諧振波長(zhǎng)的偏壓Vb?？刂齐?壓Vcnt通過(guò)偏壓部24而使偏壓Vb重疊并向透明電極36施加。偏壓部24 的結(jié)構(gòu)和偏壓Vb的設(shè)定方法在后面敘述。第一反射層32例如被設(shè)定成接 地電位。
說(shuō)明如上構(gòu)成的光調(diào)制裝置20的動(dòng)作。圖13模式表示了光調(diào)制裝置 20的動(dòng)作狀態(tài)。該圖中，在與圖12相同結(jié)構(gòu)要素上付與了相同的符號(hào)。且 為了筒略化而把透明電極36等結(jié)構(gòu)要素省略了 。
從諧振器26的上方射入強(qiáng)度Iin的激光。諧振器26的第一反射層32、 光調(diào)制膜34和第二反射層40構(gòu)成了法布里珀羅型諧振器，射入光的一部 分被封入，其一部分^皮反射。當(dāng)4巴射入激光的強(qiáng)度設(shè)定為Iin、 4巴被諧振器 26反射的激光的強(qiáng)度設(shè)定為lout時(shí)，諧振器26的反射率R由R = lout / Iin 來(lái)定義。
圖4是表示是向諧振器26射入的光的波長(zhǎng)A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 具有由式l表示的諧振波長(zhǎng)入m。在此n是光調(diào)制膜34的折射率、t是光調(diào) 制膜34的厚度、6是激光向光調(diào)制膜34的射入角度。如圖4所示，諧振 器26的反射率R在諧振波長(zhǎng)Am中是最小值。且如射入角度是零那樣也可 以是6 = 0°如上所述，光調(diào)制膜34的折射率n依賴于向電極對(duì)施加的電場(chǎng)。作為 光調(diào)制膜34在使用PLZT時(shí)，在光調(diào)制膜34的折射率n變化量An與施加 的電場(chǎng)E之間有
△ n = l/ 2x (n)3xRxE2 (式2)
的關(guān)系成立。在此，R是光電常數(shù)(克爾常數(shù))。
圖4所示的(I )表示沒(méi)向諧振器26施加電壓時(shí)的反射特性。這時(shí)諧 振器26的諧振波長(zhǎng)是入ml。當(dāng)向諧振器26施加電壓時(shí)則光調(diào)制膜34的折 射率變化，諧振波長(zhǎng)從入ml漂移到人m2。人m2是比入ml大的值。把這時(shí) 的反射特性在圖4中以(II )表示。
這時(shí)在向諧振器26射入的激光波長(zhǎng)是與諧振波長(zhǎng)相等的Ami的情況 下而向諧振器26施加電壓時(shí)，則通過(guò)諧振波長(zhǎng)從入ml漂移到Am2，諧振 器26的反射率R從Rml變化到Rm2。
在此，把沒(méi)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定義為接通斷開(kāi)比。射入光的強(qiáng)度Iin—定時(shí)則反射光的強(qiáng)度 lout與反射率成比例。因此接通斷開(kāi)比大就能以更高的精度控制反射光的強(qiáng) 度Iout。
由于激光波長(zhǎng)與沒(méi)施加電壓時(shí)諧振器26的諧振波長(zhǎng)入ml相等時(shí)是 Roff最小，所以能提高接通斷開(kāi)比。因此諧振器26的沒(méi)施加電壓時(shí)的諧振 波長(zhǎng)入m最好形成得與射入激光的波長(zhǎng)相等。
但如上所述諧振器26的諧振波長(zhǎng)入m是由式1給出的，所以與光調(diào)制 膜34的膜厚度t成比例。由于諧振波長(zhǎng)入m與膜厚度t成比例，因此若膜 厚度t有1。/。的偏差則諧振波長(zhǎng)入m也有1。/。的偏差。且光調(diào)制膜34的折射 率n也有時(shí)有偏差，作為該結(jié)果是認(rèn)為諧振波長(zhǎng)入m也有偏差。作為諧振 波長(zhǎng)入m有偏差的結(jié)果是接通斷開(kāi)比低下。
如上所述，通過(guò)向諧振器26施加電壓而能使諧振波長(zhǎng)入m變化，因此 為了校正諧振器26諧振波長(zhǎng)入m的偏差，只要調(diào)整向諧振器26施加的電 壓以使控制電壓Vcnt在低電平VL時(shí)的諧振波長(zhǎng)人m與激光的波長(zhǎng)相等便 可。
于是在本實(shí)施例的光調(diào)制裝置20中，在控制部22之外另設(shè)置了偏壓 部24，通過(guò)在控制電壓Vcnt上重疊偏壓Vb來(lái)進(jìn)行諧振波長(zhǎng)入m的校正。 以下il明偏壓部24的結(jié)構(gòu)和偏壓Vb的i殳定方法。圖14是表示能調(diào)整偏壓Vb的光調(diào)制裝置20結(jié)構(gòu)的圖。該圖在與圖
12相同結(jié)構(gòu)要素上付與了相同的符號(hào)。且為了簡(jiǎn)略化而把第二反射層40等 結(jié)構(gòu)要素省略了。
圖14所示的偏壓部24是生成偏壓Vb的定電壓電路。偏壓部24包括 可變電阻45、電阻46、定電壓二極管48、運(yùn)算放大器49和晶體管53。
當(dāng)向偏壓部24供給電源電壓，則在偏壓部24的輸出端子52上有偏壓 Vb =Vz ( 1+R1 / R2 )輸出。Rl是可變電阻45的電阻值，R2是電阻46的 電阻值，Vz是定電壓二極管48的齊納電壓。偏壓Vb是與電源電壓值無(wú)關(guān) 的定電壓，通過(guò)變化可變電阻45的電阻值能進(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(guò)測(cè)量光調(diào)制膜34的 膜厚度t而求出來(lái)。法布里珀羅型諧振器的諧振波長(zhǎng)人m是由式1給出的。 因此若知道了光調(diào)制膜34的膜厚度t就能求出諧振器的諧振波長(zhǎng)入m。從 諧振波長(zhǎng)入m與諧振波長(zhǎng)目標(biāo)值的差△人來(lái)求使諧振波長(zhǎng)A m漂移到目標(biāo) 值所需要的光調(diào)制膜34的變化量An。由于在光調(diào)制膜34的折射率n的變 化量△ n與施加的電場(chǎng)E之間有式2的關(guān)系成立，所以能求出使諧振波長(zhǎng)入 m漂移到目標(biāo)值所需要的電場(chǎng)E。由'于電場(chǎng)與電壓有E = V/t的關(guān)系，所 以能求出向諧振器26施加的恰當(dāng)?shù)钠珘篤b值。
這樣根據(jù)本實(shí)施例的光調(diào)制裝置20,即使在諧振器26的光調(diào)制膜34 的膜厚度t有偏差的情況下，也能通過(guò)調(diào)整偏壓部24的可變電阻45而把恰 當(dāng)?shù)钠珘篤b重疊在控制電壓Vcnt上，能校正諧振波長(zhǎng)入m。
現(xiàn)有在把光調(diào)制膜34由PLZT等形成時(shí)為了能穩(wěn)定地制造其膜厚度t 和折射率n，所以需要高價(jià)的制造裝置而有成本有變高的問(wèn)題，但如上所述 通過(guò)在光調(diào)制裝置20中設(shè)置偏壓調(diào)整機(jī)構(gòu)就能簡(jiǎn)易地校正諧振波長(zhǎng)入m， 能提高光調(diào)制裝置20的合格品率。
如上所述，在向諧振器26施加電壓時(shí)諧振器26的諧振波長(zhǎng)入m是向 變大的方向漂移。在法布里珀羅型諧振器中由于諧振波長(zhǎng)入m是由式1給 出的，所以膜厚度t若變厚則諧振波長(zhǎng)入m變大，膜厚度t若變薄則諧振波 長(zhǎng)入m變小。因此本實(shí)施例的光調(diào)制裝置20為了恰當(dāng)?shù)匦Ｕず穸鹊钠?則形成比成為目標(biāo)諧振波長(zhǎng)入m的膜厚度t薄的膜厚度就可。
圖14所示的偏壓部24是定電壓電路的一例，偏壓Vb也可以使用其他 的定電壓電路、穩(wěn)壓器來(lái)生成。且偏壓Vb的設(shè)定也可以是在控制電壓Vcnt在低電平VL的狀態(tài)下向諧振器26射入激光， 一邊監(jiān)測(cè)反射光的強(qiáng)度一邊
調(diào)節(jié)可變電阻45來(lái)進(jìn)行。這時(shí)調(diào)節(jié)可變電阻45盡可能地使反射光的強(qiáng)度 成為最小值。這樣就能高精度地進(jìn)行諧振波長(zhǎng)入m的校正。
偏壓Vb也可以通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)設(shè)定。在進(jìn)行偏壓Vb的自動(dòng)控制時(shí)， 則在光調(diào)制膜34的特性在時(shí)效上有變化時(shí)和射入激光的波長(zhǎng)有變化時(shí)也能 控制成是恰當(dāng)?shù)闹C振波長(zhǎng)A m。例如知道PLZT等強(qiáng)電介體通過(guò)被持續(xù)施加 同 一 方向的電壓，則在強(qiáng)電介體中存儲(chǔ)產(chǎn)生極化量的印記的現(xiàn)象。
圖15是表示通過(guò)自動(dòng)控制偏壓Vb而設(shè)定的光調(diào)制裝置20結(jié)構(gòu)的圖。 圖15所示的偏壓部24包括A / D變換部54、 CPU存儲(chǔ)部56和D / A變 換部58。
說(shuō)明圖15所示光調(diào)制裝置20的動(dòng)作。圖15的光調(diào)制裝置20是通過(guò) 監(jiān)測(cè)從諧振器26反射的光的強(qiáng)度并進(jìn)行反饋控制來(lái)調(diào)整偏壓Vb。
從激光光源62向諧振器26照射并被反射的光通過(guò)光電二極管、CCD 等光檢測(cè)元件64而被變換成電信號(hào)。光檢測(cè)元件64被設(shè)置在能檢測(cè)從諧 振器26反射的激光的位置上。例如也可以通過(guò)未圖示的光束分光器把反射 光分支而向光檢測(cè)元件64射入。
通過(guò)光檢測(cè)元件64生成的電信號(hào)從輸入端子51輸入到偏壓部24中。 電信號(hào)由A/D變換部54變換成數(shù)字值而被CPU存儲(chǔ)部56取入。CPU存 儲(chǔ)部56控制偏壓Vb以使被光檢測(cè)元件64檢測(cè)的光的強(qiáng)度成為最小。從 CPU存儲(chǔ)部56輸出的信號(hào)通過(guò)D/A變換部58被變換成模擬值，并向輸 出端子52輸出偏壓Vb。
通過(guò)進(jìn)行偏壓Vb的自動(dòng)控制而能總是把諧振器26的諧振波長(zhǎng)入m控 制成與激光光源62的波長(zhǎng)相等的值。
也可以把圖15所示的偏壓部24集成化形成在圖12所示的基板30上。 本實(shí)施例的光調(diào)制裝置20是反射型調(diào)制器結(jié)構(gòu)，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22和偏壓部24 形成在基板30上而把光調(diào)制裝置20作為半導(dǎo)體集成電路裝置而單芯片化。
在以上本實(shí)施例的光調(diào)制裝置20中，把偏壓Vb重疊在控制電壓Vcnt 上并向透明電極36施加，但也可以通過(guò)把偏壓Vb施加在第一反射層32上 來(lái)調(diào)整諧振波長(zhǎng)入m。圖16是表示把偏壓部24施加在第一反射層32上的 光調(diào)制裝置20結(jié)構(gòu)的圖。把偏壓Vb施加在第一反射層32上時(shí)由于施加在諧振器26上的電壓成 為了 Vent - Vb，所以把偏壓Vb設(shè)定成是負(fù)的電壓。
當(dāng)施加負(fù)偏壓Vb而控制電壓Vcnt在^f氐電平VL時(shí)，向光調(diào)制膜34施 加負(fù)電壓，而把光調(diào)制膜34是由折射率與施加的電場(chǎng)平方成正比變化的 PLZT形成時(shí)諧振波長(zhǎng)入m的漂移不依賴于施加電壓的極性。因此這種情況 也能通過(guò)調(diào)整偏壓Vb來(lái)控制諧振波長(zhǎng)入m。
圖16所示的光調(diào)制裝置20與把偏壓Vb重疊在控制電壓Vcnt上相比 較能降低光調(diào)制裝置20的動(dòng)作電壓。
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。例如通過(guò)把 圖12所示的光調(diào)制裝置20配置成矩陣狀就能構(gòu)成空間光調(diào)制裝置。
圖17(a)、圖17 (b)是表示把光調(diào)制裝置配置成矩陣狀的空間光調(diào) 制裝置的圖。圖17 (a)表示的是空間光調(diào)制裝置8的平面圖?？臻g光調(diào)制 裝置8具備在基板30上配列成8行8列的平面狀多個(gè)像素10。像素10構(gòu) 成20 jum x 20 jam左右的尺寸。
圖17 (b)表示的是圖17 (a)所示空間光調(diào)制裝置的A-A'線的剖面 圖。光調(diào)制膜34等的結(jié)構(gòu)要素與圖12所示的諧振器26相同。
如圖17(b)所示，通過(guò)孔和配線38把透明電極36向外部引出。作為 配線38的材料能恰當(dāng)?shù)厥褂肁l等。在配線38的上面也可以再形成保護(hù)膜。
空間光調(diào)制裝置8能從控制部22向每個(gè)像素10給予控制電壓Vcnt來(lái) 控制每個(gè)像素IO的反射率。
偏壓部24 4巴偏壓Vb重疊在控制電壓Vcnt上。偏壓部24的結(jié)構(gòu)和偏 壓Vb的設(shè)定方法與上述說(shuō)明的結(jié)構(gòu)和方法相同。在空間光調(diào)制裝置8中， 在各像素IO之間的膜厚度偏差小時(shí)，向各像素IO上重疊共同的偏壓Vb便 可，所以一個(gè)空間光調(diào)制裝置8至少具備一個(gè)偏壓部24便可。
也可以在每個(gè)像素10上具備偏壓部24。這時(shí)能更高精度地校正諧振波 長(zhǎng)入m。
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18是表示使用了空 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具備發(fā)光部 180、受光部182和空間光調(diào)制裝置8。發(fā)光部180具備激光光源72和光束 擴(kuò)展器74。受光部182具備傅里葉變換透鏡76和記錄媒體78。
在全息記錄裝置70中，從激光光源72發(fā)出的激光被未圖示的光束分光器分割為兩束光。其中一束光作為參照光使用而向記錄媒體78內(nèi)引導(dǎo)。
另一束光則被光束擴(kuò)展器74擴(kuò)大光束徑后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(duì)于每個(gè)像素具有不同強(qiáng)度的信號(hào) 光被從空間光調(diào)制裝置8反射。該信號(hào)光通過(guò)傅里葉變換透鏡76被進(jìn)行傅 里葉變換并向記錄媒體78內(nèi)聚光。在記錄媒體78內(nèi)包含全息圖形的信號(hào) 光與參照光的光路交叉而形成光干涉圖形。整個(gè)光干涉圖形作為折射率的 變化(折射率格柵)而被記錄在記錄4某體78中。
上面說(shuō)明了把空間光調(diào)制裝置8使用在全息記錄裝置70中的情況，但 并不限定于此，也使用在顯示裝置、光通信用開(kāi)關(guān)、光通信用調(diào)制器、光 演算裝置和加密電路等中。
方成正比變化的光電材料而使用了 PLZT的情況，但光調(diào)制膜也可以使用折 射率與施加的電場(chǎng)成比例變化的光電材料來(lái)形成。
作為這種光電材料例如知道LiNb03 (鈮酸鋰)、LiTa03 (鉭酸鋰)、SBN
(鈮酸鍶鋇)等。
在使用了折射率與施加的電場(chǎng)成比例變化的光電材料時(shí)，能通過(guò)變化 向諧振器施加電壓的極性來(lái)把諧振波長(zhǎng)Am的漂移方向變成相反。把偏壓 部的結(jié)構(gòu)調(diào)整變成偏壓Vb為正負(fù)任一極性的結(jié)構(gòu)，則即使膜厚度t從目標(biāo) 值偏離時(shí)，也能恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整諧振波長(zhǎng)Am。即，膜厚度t比目標(biāo)值厚而諧振 波長(zhǎng)入m向大的值漂移時(shí)，只要施加負(fù)電壓便可。另一方面當(dāng)膜厚度t比目 標(biāo)值薄而諧振波長(zhǎng)入m向小的值漂移時(shí)只要施加正電壓便可。
以上說(shuō)明了第四實(shí)施例。該實(shí)施例是例示，業(yè)內(nèi)人士可理解為能把這 些各結(jié)構(gòu)要素和各處理工序組合而有各種變形例，且這些變形例也在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的光控制裝置能提高光的利用效率。
權(quán)利要求
1、一種光調(diào)制裝置，其特征在于，其包括諧振器，其具有根據(jù)施加的電壓而折射率產(chǎn)生變化的光調(diào)制膜被反射層夾住設(shè)置的法布里珀羅型諧振器結(jié)構(gòu)；控制部，其通過(guò)向所述諧振器施加控制電壓而調(diào)制并射出向諧振器射入的光；偏壓部，其把用于調(diào)整所述諧振器諧振波長(zhǎng)的偏壓施加在所述諧振器上。
2、 如權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置，其特征在于， 其至少具備多組所述諧振器和所述控制部。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，所述光調(diào)制膜是折射率與施加電場(chǎng)的平方成正比變化的光電材料。
4、 如權(quán)利要求3所述的光調(diào)制裝置，其特征在于， 所述光電材料是鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，所述光調(diào)制膜是折射率與施加的電場(chǎng)成比例變化的光電材料，所述偏 壓部生成正負(fù)任一個(gè)偏壓。
6、 如權(quán)利要求5所述的光調(diào)制裝置，其特征在于， 所述光電材料是鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鍶鋇的任一個(gè)。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的光調(diào)制裝置，其特征在于， 所述諧振器包括基板、所述基板上設(shè)置的第 一反射層、設(shè)置在所述第 一反射層上且通過(guò)施加電場(chǎng)而能控制折射率的光調(diào)制膜、設(shè)置在所述光調(diào)制膜上的第二反射層、 向所述光調(diào)制膜上施加電場(chǎng)的電極對(duì)。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的光調(diào)制裝置，其特征在于， 其還具備調(diào)整由所述偏壓部生成的偏壓的調(diào)整電路。
9、 如權(quán)利要求1或2所迷的光調(diào)制裝置，其特征在于，該光調(diào)制裝置作為半導(dǎo)體集成電路裝置而被單芯片化。
10、 如權(quán)利要求9所述的光調(diào)制裝置，其特征在于， 為了調(diào)整偏壓而具備用于輸入指示信號(hào)的端子。
11、 一種光調(diào)制裝置的校正方法，是包括諧振器，其具有根據(jù)施加的電壓而折射率產(chǎn)生變化的光調(diào)制膜被反射層夾住設(shè)置的法布里珀羅型諧振器結(jié)構(gòu)；控制部，其通過(guò)向所述諧振器施加控制電壓而調(diào)制并射出向所述諧振器射入的光；偏壓部，其把用于調(diào)整所述諧振器諧振波長(zhǎng)的偏壓施加在所述諧振器 上，其特征在于，在沒(méi)有向所述諧振器施加電壓的狀態(tài)下測(cè)量從諧振器射出的光的強(qiáng) 度，并根據(jù)該光的強(qiáng)度來(lái)設(shè)定所述偏壓。
12、 一種光調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于，其包括 權(quán)利要求1或2所述的光調(diào)制裝置、向該光調(diào)制裝置照射光的發(fā)光部、 接受從該光調(diào)制裝置射出的光的受光部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有光調(diào)制膜的光控制裝置，其改善了光利用效率。光控制裝置具備在基板上配列成平面狀的多個(gè)像素?；迳闲纬捎械谝环瓷鋵?。在第一反射層的上面設(shè)置有光調(diào)制膜。作為該光調(diào)制膜的材料選擇的是折射率根據(jù)施加的電場(chǎng)而變化的PLZT等光電材料。在光調(diào)制膜的上面設(shè)置有透明電極。在透明電極的上面形成有第二反射層。該第二反射層是由電介質(zhì)多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質(zhì)膜和第二電介質(zhì)膜交替層合而成。第一反射層、光調(diào)制膜和第二反射層構(gòu)成諧振器。透明電極和第一反射層形成電極對(duì)，通過(guò)向光調(diào)制膜施加的電場(chǎng)來(lái)控制光控制裝置的反射率。
文檔編號(hào)G02F1/21GK101414092SQ200810215199
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者藤井剛, 藤森敬和 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司