專利名稱：電光器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電光器件，更具體地涉及通過控制電光晶體的電場使晶體的折射率發(fā)生變化，從而既可以改變光的傳輸方向，又可以改變光的相位的電光器件。
背景技術：
現(xiàn)在，在以投影儀、激光打印機、高分辨率共焦顯微鏡、條形碼讀取器等為代表的影像設備中，對用于使激光偏轉的光控制器件的要求越來越高。作為使光偏轉的技術，使多角鏡旋轉的技術、通過電流反射鏡(力 1〃 7 $，一)控制光的偏轉方向的技術、利用聲光效應的光衍射技術以及被稱為MEMS (Micro Electro Mechanical System，微機電系統(tǒng))的微型機器技術被提出來。多角鏡，通過使具有多面體形狀的反射鏡機械性地旋轉，使激光的反射方向連續(xù)地變化以使光偏轉。使用多角鏡的方法，由于利用機械性的旋轉，所以旋轉速度受到限制。 就是說，多角鏡要得到IOOOOrpm以上的轉速是困難的，具有不適于要求高速動作的應用這樣的缺點。使用多面鏡的方法被用于激光打印機的激光的偏轉上。但是，多角鏡旋轉速度的限制，在打印機的印刷速度的高速化中成為阻礙。為了進一步提高打印機的印刷速度，就要求更高速的光偏轉技術。電流反射鏡被用于偏轉和掃描激光的激光掃描儀等中。以往的實用的電流反射鏡具有，例如由替代在磁場中配置的可動線圈的可動鐵芯、和在其周圍設有兩個永久磁鐵和四個磁極的磁性體構成的磁路。根據(jù)流過繞在該磁性體上的驅(qū)動線圈的電流大小和方向， 通過改變磁極間的磁通量，通過可動鐵芯使反射鏡搖動，并使激光偏轉和掃描激光。使用電流反射鏡的方法與多面鏡相比可以高速動作。但是，以往的電流反射鏡，由于驅(qū)動線圈是通過機械繞法而形成等，因而小型化是困難的。因此，使用電流反射鏡的激光掃描系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的激光應用設備，進一步小型化也是困難的。此外，還有耗電量大這樣的缺點。并且，還有在MHz單位的周期中不能高速動作這樣的缺點。利用聲光效應的光衍射型光偏轉器已經(jīng)得到實用化。但是，使用該光衍射型光偏轉器的方法，耗電量大，而且小型化困難。此外，存在難以得到大偏轉角和進行高速動作這樣的缺點。另外，使用MEMS的方法，為了靜電驅(qū)動作為光偏轉器件的微型反射鏡，幾十 μ sec的響應是極限。過去，使用電光晶體的各種光功能部件已經(jīng)實用化。這些光功能部件，利用在電光晶體上施加電壓時，通過電光效應來改變晶體的折射率的特性。因此，作為解決上述問題的方法，開發(fā)了在電光晶體的電極上施加電壓，通過電光效應使光束偏轉的技術(例如，參照專利文獻1)。此外，開發(fā)了使用加工成棱鏡形狀的電光晶體或者形成棱鏡形狀的電極的電光晶體，使光束偏轉的技術(例如，參照專利文獻2)。在電光晶體的電極上施加電壓時，能夠通過電光效應使折射率變化。使用制作成棱鏡形狀電極的方法，制作出在電光晶體內(nèi)改變折射率的區(qū)域，和沒有施加電壓折射率不發(fā)生變化的區(qū)域。通過在這兩個區(qū)域的交界處產(chǎn)生的折射率差使得光束偏轉，并得到偏轉角。
利用電光晶體的方法，可以獲得在電光效應的速度極限范圍內(nèi)的響應，而且也能夠獲得超過GHz的響應。到目前為止，有使用LiNbO3 (以下稱為LN晶體)、PLZT作為使用電光晶體的光偏轉器件的公報。但是，使用LN晶體的器件的缺點是，由于電光效應小，即使施加大致5kV/mm的電壓也只能得到大致3mrad的偏轉角。此外，即使在使用PLZT的器件中，相對于20kV/mm的施加電場，大致45mrad的偏轉角是極限(例如，參照非專利文獻1)。但是，以往 的方法中，由每個棱鏡區(qū)域的電光效應所產(chǎn)生的折射率變化較小，由該折射率產(chǎn)生的偏轉角也較小。因此，在以往的方法中為了獲得大的偏轉角，有必要配置多個棱鏡。但是，在配置多個棱鏡的情況下，存在當光以大的入射角射入棱鏡時，得不到所希望的圖像分辨率這樣的問題。另一方面，使用電光晶體的光相位調(diào)制器，根據(jù)晶體的折射率的變化，使通過晶體的光的速度變化，從而使光的相位變化。另外，把電光晶體設置在馬赫-曾德爾干涉儀、邁克爾遜干涉儀的一側的光波導路徑中時，根據(jù)施加到晶體上的電壓，改變干涉儀的輸出的光強度。這些干涉儀可以作為光開關、光調(diào)制器來使用。

圖1中示出了使用現(xiàn)有的電光晶體的光相位調(diào)制器的結構。在光相位調(diào)制器中， 在方形的電光晶體1的相對的面上形成有正極2和負極3。按圖1所示規(guī)定電光晶體1的晶體軸X、1、Z0由電光效應產(chǎn)生的折射率變化，是由一次普克耳斯效應和二次克爾效應賦予的。在二次克爾效應的情況下，垂直偏振光，即光的偏振方向相對于圖1的χ軸方向的電光常數(shù)為sn，在正極2和負極3之間施加電壓V時的相位變化可由下式給出“式 1”^ = ^Iii η2 (1)
λ \d ^在此，η為電光晶體1的折射率，L為光的傳輸方向、即圖1中的ζ軸方向的電光晶體1的長度，λ為光的波長，d為正極2和負極3的間隔。水平偏振光，即光的偏振方向相對于圖1的1軸方向的電光常數(shù)為S12，在正極2和負極3之間施加電壓V時的相位變化可由下式給出“式 2”
3 τ /ΤΛ\2φ =(2)
y 2 UJ半波電壓可用作表示光相位調(diào)制器的效率的指標。半波電壓是使光的相位僅發(fā)生 η弧度變化所需的電壓，可由下式給出“式 3”(3)
]j η Lsij接下來，對由光相位調(diào)制器、起偏器以及檢偏器組成的光強度調(diào)制器進行說明。圖 2Α和圖2Β中示出了現(xiàn)有的光強度調(diào)制器的結構。如圖2Α所示，電光晶體1在相對的面上形成有正極2和負極3。在電光晶體1的入射側配置有起偏器4，在出射側配置有檢偏器5。 通過起偏器4的光的電場成分中，把與χ軸平行的成分設為Ex、與y軸平行的成分設為Ey。 在起偏器4的偏振角與電光晶體1的χ軸成45度的情況下，Ex = Ey。在正極2和負極3之間施加電壓V時的Ex及Ey的相位變化，可分別通過式(1)和式(2)給出“式 4”
權利要求
1.一種光強度調(diào)制器，其特征在于，包括具有電光效應的電光晶體；配置在所述電光晶體的入射側的光軸上的起偏器；配置在所述電光晶體的射出側的光軸上的檢偏器；以及由正極和負極構成的電極對，所述電極對由對于有助于所述電光晶體的電傳導的載流子而言為肖特基接觸的材料構成，并且使所述電光晶體內(nèi)部產(chǎn)生電場。
2.根據(jù)權利要求1所述的光強度調(diào)制器，其特征在于所述電光晶體是 KhLiyTahNbxO3 (O <χ<1、0 彡 y<l)。
3.根據(jù)權利要求2所述的光強度調(diào)制器，其特征在于當有助于所述電光晶體的電傳導的載流子是電子時，所述電極對的材料的功函數(shù)為大于或等于5. OeV0
4.根據(jù)權利要求3所述的光強度調(diào)制器，其特征在于所述電極對的材料是Co、Ge、Au、 Pd、Ni、Ir、Pt、Se 中的任意一種。
5.根據(jù)權利要求2所述的光強度調(diào)制器，其特征在于當有助于所述電光晶體的電傳導的載流子是空穴時，所述電極對的材料的功函數(shù)為小于5. OeV0
6.根據(jù)權利要求5所述的光強度調(diào)制器，其特征在于所述電極對的材料是Cs、Rb、K、 Sr、Ba、Na、Ca、Li、Y、Sc、La、Mg、As、Ti、Hf、Zr、Mn、In、Ga、Cd、Bi、Ta、Pb、Ag、Al、V、Nb、Ti、 Zn、Sn、B、Hg、Cr、Si、Sb、W、Mo、Cu、Fe、Ru、Os、Te、Re、Be、Rh 中的任意一種。
7.根據(jù)權利要求5所述的光強度調(diào)制器，其特征在于所述電極對的材料是ITO、ZnO 中的任意一種。
8.根據(jù)權利要求1所述的光強度調(diào)制器，其特征在于所述電光晶體是LiNb03、LiTa03、 Li IO3> KNbO3 > KTiOPO4, BaTiO3^ SrTiO3 > Ba1^xSrxTiO3 (0 < χ < 1), Ba1^xSrxNb2O6 (0 < χ < 1)、 Sr0.75Ba0 25Nb206、PtvyLayTihZrxO3 (0 < χ < 1、0 < y < 1), Pb (Mgl73Nb273) 03-PbTi03> KH2PO4, KD2PO4, (NH4) H2PO4^BaB2O4, LiB3O5, CsLiB6O10, GaAs、CdTe、GaP、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe 中的任意一種。
全文摘要
提供一種能夠有效地加大光束的偏轉、由簡單的結構構成的電光器件。所述電光器件包括具有電光效應的電光晶體(11)，使電光晶體的內(nèi)部產(chǎn)生電場的、由正極(12)和負極(13)組成的電極對，以及在電極對之間施加電壓以便在電光晶體的內(nèi)部產(chǎn)生空間電荷的電源。通過此種結構，使用簡單的結構，加速偏轉角的時間變化，能夠利用低的施加電壓得到在現(xiàn)有的電光晶體棱鏡中不能實現(xiàn)的大的偏轉角。
文檔編號G02F1/03GK102385176SQ20111034296
公開日2012年3月21日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權日2005年6月20日
發(fā)明者中村孝一郎, 今井欽之, 宮津純, 藤浦和夫 申請人:日本電信電話株式會社