CN101185020B - 电光器件 - Google Patents

Abstract

提供一种能够有效地加大光束的偏转、由简单的结构构成的电光器件。所述电光器件包括：具有电光效应的电光晶体(11)，使电光晶体的内部产生电场的、由正极(12)和负极(13)组成的电极对，以及在电极对之间施加电压以便在电光晶体的内部产生空间电荷的电源。通过此种结构，使用简单的结构，加速偏转角的时间变化，能够利用低的施加电压得到在现有的电光晶体棱镜中不能实现的大的偏转角。

Description

电光器件

技术领域

本发明涉及电光器件，更具体地涉及通过控制电光晶体的电场使晶体的折射率发生变化，从而既可以改变光的传输方向，又可以改变光的相位的电光器件。 

背景技术

现在，在以投影仪、激光打印机、高分辨率共焦显微镜、条形码读取器等为代表的影像设备中，对用于使激光偏转的光控制器件的要求越来越高。作为使光偏转的技术，使多角镜旋转的技术、通过电流反射镜(ガルバノミラ一)控制光的偏转方向的技术、利用声光效应的光衍射技术以及被称为MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)的微型机器技术被提出来。 

多角镜，通过使具有多面体形状的反射镜机械性地旋转，使激光的反射方向连续地变化以使光偏转。使用多角镜的方法，由于利用机械性的旋转，所以旋转速度受到限制。就是说，多角镜要得到10000rpm以上的转速是困难的，具有不适于要求高速动作的应用这样的缺点。使用多面镜的方法被用于激光打印机的激光的偏转上。但是，多角镜旋转速度的限制，在打印机的印刷速度的高速化中成为阻碍。为了进一步提高打印机的印刷速度，就要求更高速的光偏转技术。 

电流反射镜被用于偏转和扫描激光的激光扫描仪等中。以往的实用的电流反射镜具有，例如由替代在磁场中配置的可动线圈的可动铁芯、和在其周围设有两个永久磁铁和四个磁极的磁性体构成的磁路。根据流过绕在该磁性体上的驱动线圈的电流大小和方向，通过改变磁极间的磁通量，通过可动铁芯使反射镜摇动，并使激光偏转和扫描激光。使用电流反射镜的方法与多面镜相比可以高速动作。但是，以往的电流反射镜，由于驱动线圈是通过机械绕法而形成等，因而小型化是困难的。因 此，使用电流反射镜的激光扫描系统以及使用该系统的激光应用设备，进一步小型化也是困难的。此外，还有耗电量大这样的缺点。并且，还有在MHz单位的周期中不能高速动作这样的缺点。 

利用声光效应的光衍射型光偏转器已经得到实用化。但是，使用该光衍射型光偏转器的方法，耗电量大，而且小型化困难。此外，存在难以得到大偏转角和进行高速动作这样的缺点。另外，使用MEMS的方法，为了静电驱动作为光偏转器件的微型反射镜，几十μsec的响应是极限。 

过去，使用电光晶体的各种光功能部件已经实用化。这些光功能部件，利用在电光晶体上施加电压时，通过电光效应来改变晶体的折射率的特性。因此，作为解决上述问题的方法，开发了在电光晶体的电极上施加电压，通过电光效应使光束偏转的技术(例如，参照专利文献1)。此外，开发了使用加工成棱镜形状的电光晶体或者形成棱镜形状的电极的电光晶体，使光束偏转的技术(例如，参照专利文献2)。在电光晶体的电极上施加电压时，能够通过电光效应使折射率变化。使用制作成棱镜形状电极的方法，制作出在电光晶体内改变折射率的区域，和没有施加电压折射率不发生变化的区域。通过在这两个区域的交界处产生的折射率差使得光束偏转，并得到偏转角。 

利用电光晶体的方法，可以获得在电光效应的速度极限范围内的响应，而且也能够获得超过GHz的响应。到目前为止，有使用LiNbO₃(以下称为LN晶体)、PLZT作为使用电光晶体的光偏转器件的公报。但是，使用LN晶体的器件的缺点是，由于电光效应小，即使施加大致5kV/mm的电压也只能得到大致3mrad的偏转角。此外，即使在使用PLZT的器件中，相对于20kV/mm的施加电场，大致45mrad的偏转角是极限(例如，参照非专利文献1)。 

但是，以往的方法中，由每个棱镜区域的电光效应所产生的折射率变化较小，由该折射率产生的偏转角也较小。因此，在以往的方法中为了获得大的偏转角，有必要配置多个棱镜。但是，在配置多个棱镜的情况下，存在当光以大的入射角射入棱镜时，得不到所希望的图像分辨率这样的问题。 

另一方面，使用电光晶体的光相位调制器，根据晶体的折射率的变化，使通过晶体的光的速度变化，从而使光的相位变化。另外，把电光晶体设置在马赫-曾德尔干涉仪、迈克尔逊干涉仪的一侧的光波导路径中时，根据施加到晶体上的电压，改变干涉仪的输出的光强度。这些干涉仪可以作为光开关、光调制器来使用。 

图1中示出了使用现有的电光晶体的光相位调制器的结构。在光相位调制器中，在方形的电光晶体1的相对的面上形成有正极2和负极3。按图1所示规定电光晶体1的晶体轴x、y、z。由电光效应产生的折射率变化，是由一次普克耳斯效应和二次克尔效应赋予的。在二次克尔效应的情况下，垂直偏振光，即光的偏振方向相对于图1的x轴方向的电光常数为s11，在正极2和负极3之间施加电压V时的相位变化可由下式给出： 

“式1” 

${\mathrm{\φ}}_x=\frac{\mathrm{\π}{n}^{3}L{s}_{11}}{\mathrm{\λ}}{\left(\frac{V}{d}\right)}^2---\left(1\right)$

在此，n为电光晶体1的折射率，L为光的传输方向、即图1中的z轴方向的电光晶体1的长度，λ为光的波长，d为正极2和负极3的间隔。水平偏振光，即光的偏振方向相对于图1的y轴方向的电光常数为s₁₂，在正极2和负极3之间施加电压V时的相位变化可由下式给出： 

“式2” 

${\mathrm{\φ}}_y=\frac{\mathrm{\π}{n}^{3}L{s}_{12}}{\mathrm{\λ}}{\left(\frac{V}{d}\right)}^2---\left(2\right)$

半波电压可用作表示光相位调制器的效率的指标。半波电压是使光的相位仅发生π弧度变化所需的电压，可由下式给出： 

“式3” 

$V_{\mathrm{\π}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\λ}{d}^2}{n^{3}L{s}_{\mathrm{ij}}}}---\left(3\right)$

接下来，对由光相位调制器、起偏器以及检偏器组成的光强度调制器进行说明。图2A和图2B中示出了现有的光强度调制器的结构。如图2A所示，电光晶体1在相对的面上形成有正极2和负极3。在电光晶体1的 入射侧配置有起偏器4，在出射侧配置有检偏器5。通过起偏器4的光的电场成分中，把与x轴平行的成分设为Ex、与y轴平行的成分设为Ey。在起偏器4的偏振角与电光晶体1的x轴成45度的情况下，Ex＝Ey。 

在正极2和负极3之间施加电压V时的Ex及Ey的相位变化，可分别通过式(1)和式(2)给出： 

“式4” 

$I={|\frac{E_x}{\sqrt{2}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_x}+\frac{E_x}{\sqrt{2}}{e}^{j{\mathrm{\φ}}_y}|}^2$

$=\frac{{E_x}^2}{2}+\frac{{E_y}^2}{2}+E_x{E}_y\cos ({\mathrm{\φ}}_x-{\mathrm{\φ}}_y)---\left(4\right)$

$=\frac{{E_x}^2}{2}+\frac{{E_y}^2}{2}+E_x{E}_y\cos \left\{\frac{\mathrm{\π}{n}^{3}L}{\mathrm{\λ}}(s_{11}-s_{12}){\left(\frac{V}{d}\right)}^2\right\}$

在Ex和Ey相等的情况下， 

“式5” 

当 $E_x=E_y=\frac{E}{\sqrt{2}}$ 时，光强度可由下式给出： 

“式6” 

$I=\frac{E^2}{2}[1+2\cos \{\frac{\mathrm{\π}{n}^{3}L}{\mathrm{\λ}}(s_{11}-s_{12}){\left(\frac{V}{d}\right)}^2\left\}\right]---\left(5\right)$

$=E^2{\sin }^2\left\{\frac{\mathrm{\π}{n}^{3}L}{\mathrm{\λ}}(s_{11}-s_{12}){\left(\frac{V}{d}\right)}^2\right\}$

这样，如图2B所示，对应于电压V，能够在0％至100％之间调制通过检偏器5的出射光的强度。作为表示光强度调制器的效率的指标，作为使出射光的强度由0％变化为100％的半波电压，可由下式表示： 

“式7” 

$V_{\mathrm{\π}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\λ}{d}^2}{n^{3}L(s_{11}-s_{12})}}---\left(6\right)$

但是，以往现有的电光晶体中，由于电光常数小，为了构成具有实用性的光相位调节制器、光强度调解制器，半波电压要变为必须是kV级的电压才可以。为了高速地调节kV级的电压的情形，将对驱动电路施加很大的负载，存在的问题是不可避免要增大装置的尺寸这样的问题。另 外，高速地调节kV级的电压时，会产生高频噪声，并且噪声会混入周围设备这样的问题。 

本发明的目的在于，提供一种能够有效地增大光束的偏转，由简单的结构形成的电光器件。此外，本发明的目的在于，提供一种能够有效地进行光的相位调制，由简单的结构形成的电光器件。 

专利文献1：特开平10-239717号公报 

专利文献2：特开平09-159950号公报 

非专利文献1：菅间明夫，另外5名，「EO導波路偏向型光スイツチの開発」(EO波导路径偏转型光开关的开发)、電子情報通信学会信学技報、社団法人電子情報通信学会(电子信息通信学会信学技报，社团法人电子信息通信学会)、2004年10月，PN2004-59，P.61-64 

非专利文献2：Toshihiro Itoh，Masahiro Sasaura，Seiji Toyoda，KatsueManabe，Koichiro Nakamura and Kazuo Fujiura，“High-frequency responseof electro-optic single crystal KTzxNbl-xO3 in paraelectric phase(顺电相电光单晶体KTaxNbl-xO3的高频响应)”，in Conference on Lasers andElectro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science and PhotonicApplications，Systems and Technologies 2005(Optical Society of America，Washington，DC，2005)，JTuC 36[激光、电光学/量子电学以及激光科学与光子应用、系统和技术会议2005(美国光学协会，华盛顿特区，2005)，JTuC 36] 

非专利文献3：P.S.Chen等，“Light Modulation and Beam Deflectionwith Potassium Tantalate-Niobate Crystals(利用铌钽酸钾的光调制和波束偏转)”Journal of Applied Physics，1966，Vol.37，no.1，PP.388-398 

发明内容

在本发明的电光器件中，通过对电光晶体施加电压，在电光晶体的内部产生空间电荷，在相对于入射的光束的光轴垂直的截面处产生电场的倾斜。通过控制此电场的倾斜，就能够增大光偏转器的光束偏转。此外，通过减小光束的偏转，在垂直偏振光和水平偏振光之间减小偏差角，光相位调制器就能够高效地进行光的相位调制。 

为了达成上述目的，本发明的一实施形态是一种电光器件，包括：具有电光效应的电光晶体；使所述电光晶体内部产生电场的、由正极和负极构成的电极对；在所述电极对之间施加电压以使所述电光晶体内部产生空间电荷的电源。 

本发明的另一实施形态是一种光束偏转器，包括：具有电光效应的电光晶体；由正极和负极构成的电极对，所述电极对由对于有助于所述电光晶体的电传导的载流子而言为欧姆接触的材料构成，并且使所述电光晶体内部产生电场。 

本发明的再一实施形态是一种光强度调制器，包括：具有电光效应的电光晶体；配置在该电光晶体的入射一侧的光轴上的起偏器；配置在该电光晶体的出射一侧的光轴上的检偏器；由正极和负极构成的电极对，所述电极对由对于有助于所述电光晶体的电传导的载流子而言为肖特基接触的材料构成，并且使所述电光晶体内部产生电场。 

附图说明

图1是表示使用现有的电光晶体的光相位调制器的结构图。 

图2A是表示现有的光强度调制器的结构图。 

图2B是表示现有的光强度调制器的结构的透视图。 

图3是表示电极材料Pt的光强度调制器的工作特性图。 

图4是表示电极材料Ti的光强度调制器的工作特性图。 

图5是表示在光强度调制器中折射率的变化中产生倾斜情形的图。 

图6A是表示由于晶体内部电荷导致电场倾斜的产生原理图。 

图6B是表示由于晶体内部电荷导致电场倾斜的产生原理图。 

图7是表示由电场倾斜导致光的偏转的原理图。 

图8是表示X0和电场E的空间分布的关系图。 

图9是表示克尔效应导致的折射率变化的Δn的分布图。 

图10是表示电极材料的功函数和偏转角的关系图。 

图11是表示电极材料的功函数和偏差角的关系图。 

图12是表示电光晶体的相对介电常数和偏转角的关系图。 

图13是表示使施加电场变化时的偏转角和相对介电常数的相互关系 图。 

图14是表示本发明的一实施方式的电光器件的偏转角和现有棱镜的偏转角的图。 

图15是表示本发明的实施例1的平行平板电极型电光器件的图。 

图16是表示偏转了的光束的偏转角和施加电压的关系图。 

图17是表示本发明的实施例1的电光晶体中流过的电流和施加电压的关系图。 

图18是表示本发明的实施例2的水平电极型电光器件的图。 

图19是表示本发明的实施例2的KLTN晶体中流过的电流和施加电压的关系图。 

图20是表示本发明的实施例3的光束偏转器的图。 

图21是表示本发明的实施例3的光束偏转器的折射率变化量的分布图。 

图22是表示本发明的实施例4的光强度调制器的结构图。 

图23A是表示本发明的实施例5的光束偏转器的结构图。 

图23B是表示实施例5的光束偏转器的光束的传播路径的图。 

图24是表示实施例5的光束偏转器的施加电压和偏转角的关系图。 

图25A是表示本发明的实施例6的光束偏转器的结构图。 

图25B是表示实施例6的光束偏转器的传播路径的图。 

图26是表示本发明的实施例7的光束偏转器的结构图。 

图27是表示本发明的实施例8的二维光束偏转器的结构图。 

图28是表示本发明的实施例9的二维光束偏转器的结构图。 

图29A是表示本发明的实施例10的二维光束偏转器的结构的透视图。 

图29B是表示本发明的实施例10的二维光束偏转器的结构的俯视图。 

图29C是表示本发明的实施例10的二维光束偏转器的结构的侧面图。 

图30是表示本发明的实施例11的光拾取装置的结构图。 

图31A是表示本发明的实施例12的激光打印机的结构图。 

图31B是表示用于比较的现有的激光打印机的结构图。 

用于实施发明的最佳方式 

下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。 

(电光晶体的材料) 

为了有效地增大光束的偏转及高效地进行相位调制，优选使用一次电光常数即普克耳斯(ポツケルス)常数r_ij或二次电光常数即克尔(力-)常数s_ij大的电光晶体。作为这种电光常数大的电光晶体，例如可列举具有大的普克耳斯常数r_ij的铁电相的KLTN晶体、具有大的克尔常数s_ij的顺电相的KLTN晶体。KLTN晶体是表示为K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃ (0＜x＜1、0＜y＜1)的晶体。 

此外，作为电光常数大的电光晶体，可列举出LiNbO₃(以下称为LN)、LiTaO₃、LiIO₃、KNbO₃、KTiOPO₄、BaTiO₃、SrTiO₃、Ba_1-x Sr_xTiO₃(0＜x＜1)、Ba_1-xSr_xNb₂O₆(0＜x＜1)、Sr_0.75Ba_0.25Nb₂O₆、Pb_1-yLa_yTi_1-x Zr_xO₃(0＜x＜1、0＜y＜1)、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃、KH₂PO₄、KD₂PO₄、(NH₄)H₂PO₄、BaB₂O₄、LiB₃O₅、CsLiB₆O₁₀、GaAs、CdTe、GaP、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe以及ZnO的电光晶体。 

对使用KLTN晶体作为图2B所示的光强度调制器的电光晶体1的情况进行说明。将由KLTN晶体形成的电光晶体1截成纵6mm(z轴)×横5mm(y轴)×厚0.5mm(x轴)，将纵5mm×横4mm的电极安装在相对的面上。在KLTN晶体中有助于电传导的载流子是电子。准备Pt和Ti两种电极材料。KLTN晶体在从立方晶体向正方晶体的相变附近，具有大的电光常数。KLTN晶体的相变温度是55℃，将电光晶体1的温度设定为60℃。在正负电极间施加58V的电压时，出射光的偏振方向相对于入射光的偏振方向就会旋转90度。 

图3中示出了电极材料Pt的光强度调制器的工作特性。人们发现，随着在正极2和负极3之间施加的电压增大，反复进行出射光的开关，该结构作为光开关而起作用。图4中示出了电极材料Ti的光强度调制器的工作特性。可知随着增大施加电压，出射光的强度发生变化，开关时的光强度之比(以下称为消光比)就会劣化。 

在光开关中，考察消光比劣化的原因时，得知由于通过对电光晶体施加电压，在电光晶体的内部产生空间电荷，在电压的施加方向产生电场的倾斜，所以折射率的变化也产生倾斜。图5中示出了光强度调制器中折射率的变化产生倾斜的情况。电光效应由于具有偏振光依赖性，所以相对于垂直偏振光和水平偏振光的折射率变化的倾斜也不同。在KLTN晶体中，由于相对于垂直偏振光和水平偏振光的克尔常数约为s₁₁∶s₁₂＝10∶-1，所以只有垂直偏振光的出射角会变大。因此，随着对晶体施加的电压V的增加，垂直偏振光和水平偏振光的偏差角变大，如图4所示，消光比就会劣化。 

(发生电场倾斜的原理) 

下面，说明由于电场的施加而产生电场倾斜的原理。对电光晶体施加电压时，随着晶体的高电场电传导产生空间电荷。在这里所说的高电场电传导是指，电压和电流的关系脱离欧姆定律，电流相对于电压处于非线性地增大的空间电荷限制状态下的区域中的电传导。在处于此空间电荷限制状态下的区域中，相对于从电极注入的电流，晶体内的体积电流小的情况下，在晶体内形成空间电荷。 

在图6A及图6B中示出了由于晶体内部的电荷导致的电场倾斜的产生原理。图6A及图6B所示的任意一个器件都包括由正极2和负极3平行地夹持的的电光晶体1。此外，纵轴表示从负极3到正极2的距离，横轴表示电光晶体1内的电场的强度。图6A示出了在电光晶体1内不存在空间电荷，电场固定的情况。此情况下，通过正极2和负极3之间的整个空间的电场是固定的。另一方面，图6B示出了由于电光晶体1内的空间电荷产生空间电荷限制状态的情况。在空间电荷限制状态下，因在电光晶体1内的产生的空间电荷使电场终结，电光晶体1内的电场分布产生倾斜。根据电光晶体1的组成，此空间电荷可以是正电荷及负电荷中的任意一种电荷，或者是正电荷及负电荷它们两个。 

图7中示出了电场倾斜导致光的偏转的原理。在图7中，x轴方向是电光晶体1的厚度方向(从图6A及6B中的正极2向负极3，或从负极3向正极2的方向)。在电光晶体1的厚度方向(x轴方向)上线性地变化的折射率n(x)，在设x＝0的折射率为n、与x处的折射率n的折射率变化量为 Δn(x)时，为n(x)＝n+Δn(x)。相对于光轴垂直截面的直径为D的光束通过电光晶体1中的时候，光束的上端和下端的折射率差由Δn(D)-Δn(O)给出。光束通过的折射率有倾斜的部分的长度，即相互作用长为L时，长度L在传播后的光束的上端和下端的等位相面4中产生偏差5。其上端和下端的等位相面4的偏差5的距离，由下式给出。 

“式8” 

$L\frac{\mathrm{\Δn}\left(D\right)-\mathrm{\Δn}\left(O\right)}{n}---\left(7\right)$

此时，在偏差5的值与垂直于光束的光轴的截面上的直径相比足够小时，光束传播方向6的倾角θ由下式给出。 

“式9” 

${\mathrm{\θ}}^{\′}=-\frac{L}{n}\frac{\mathrm{\Δn}\left(D\right)-\mathrm{\Δn}\left(O\right)}{D}=-\frac{L}{n}\frac{d}{\mathrm{dx}}\mathrm{\Δn}\left(x\right)---\left(8\right)$

这是从电光晶体1的端面使折射率尽可能接近1向外部射出时，光束在电光晶体1和外部的交界面折射，距入射光的光轴的总的偏转角为下式。 

“式10” 

$\mathrm{\θ}=-L\frac{d}{\mathrm{dx}}\mathrm{\Δn}\left(x\right)---\left(9\right)$

在此，考虑电光效应导致的折射率的变化。电光效应导致的折射率的变化在一次普克耳斯效应、二次克尔效应中分别由下式给出。 

“式11” 

普克耳斯效应： $\mathrm{\Δn}=-\frac{1}{2}{n}^3{r}_{\mathrm{ij}}E---\left(10\right)$

克尔效应： $\mathrm{\Δn}=-\frac{1}{2}{n}^3{s}_{\mathrm{ij}}{E}^2---\left(11\right)$

使晶体中产生电荷，在由电极产生的电场到达接地电极之前借助于此电荷使该电场终结，由此在晶体的厚度方向改变电场的情况下，当此电场用E(x)表示时，偏转角θ为下式。 

“式12” 

普克耳斯效应： $\mathrm{\θ}=-\frac{1}{2}{n}^3{r}_{\mathrm{ij}}L\frac{d}{d_x}E\left(x\right)---\left(12\right)$

克尔效应： $\mathrm{\θ}=-\frac{1}{2}{n}^3{s}_{\mathrm{ij}}L\frac{d}{d_x}\left\{E{\left(x\right)}^2\right\}---\left(13\right)$

这些式子在电场E(x)依赖于x变化的情况下，表示产生不为0的偏转角。 

如图6B所示，在处于空间电荷限制状态的厚度为d的电光晶体1中，在正极2和接地的负极3之间施加电压V时，呈现出按下式表示的电场E的空间分布。 

“式13” 

$E=-\frac{3V}{2d}\sqrt{\frac{x+x_0}{d}}\frac{1}{{(1+\frac{x_0}{d})}^{3/2}-{\left(\frac{x_0}{d}\right)}^{3/2}}---\left(14\right)$

在此，x是从负极向相对的正极的方向、相对于与负极相接的电光晶体1的侧面的位置，x₀是由电光晶体和电极的材料决定的常数。 

在此，电场E按下式取近似值时， 

“式14” 

$E=-\frac{3V}{2d}\sqrt{\frac{x+x_0}{d}}---\left(15\right)$

由电光效应引起的折射率变化Δn，在一次普克耳斯效应、二次克尔效应的情况下，通过将式(14)分别代入式(10)、(11)中，用下式给出。 

“式15” 

普克耳斯效应： $\mathrm{\Δn}=-\frac{1}{2}{n}^3{r}_{\mathrm{ij}}E=-\frac{3}{4}{n}^3{r}_{\mathrm{ij}}\frac{V}{d}\sqrt{\frac{x+x_0}{d}}---\left(16\right)$

克尔效应： $\mathrm{\Δn}=-\frac{1}{2}{n}^3{s}_{\mathrm{ij}}{E}^2=-\frac{9}{8}{n}^3{S}_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{V}{d}\right)}^2\frac{x+x_0}{d}---\left(17\right)$

因此，基于式(12)、(13)、(16)和(17)，偏转角θ(x)为下式。 

“式16” 

普克耳斯效应： $\mathrm{\θ}\left(x\right)=-L\frac{d}{\mathrm{dx}}\mathrm{\Δn}\left(x\right)=\frac{3}{8}L{n}^3{r}_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{x+x_0}{d}\right)}^{-1/2}\left(\frac{V}{d}\right)---\left(18\right)$

克尔效应： $\mathrm{\θ}\left(x\right)=-L\frac{d}{\mathrm{dx}}\mathrm{\Δn}\left(x\right)=\frac{9}{8}L{n}^3\frac{s_{\mathrm{ij}}}{d}\left(\frac{V}{d}\right)---\left(19\right)$

根据上述各式，通过对电光晶体施加电压，使电光晶体的内部产生空间电荷，在与入射光束的光轴垂直的截面中产生电场的倾斜。通过此电场的倾斜，使折射率的变化量中产生倾斜，使与光束的光轴垂直的截面上的光的前进速度分布中产生倾斜。作为结果，光在晶体中传播期间，光的前进方向按照折射率的倾斜连续地变化，就累积了偏转角。另一方面，表明由于在电压的施加方向中产生电场的倾斜，光束的偏转在垂直偏振光和水平偏振光之间产生偏差角。因此，如果增大电场的倾斜，就能够有效地加大光偏转器的光束偏转，如果减小电场的倾斜，就能够高效地进行光相位调制器的光的相位调制。 

接着，注意式(14)，x₀是依赖于从电极向电光晶体的载流子的注入效率的量，x₀越小注入效率则越高。如果使x₀变小，正极和负极间的电场的差就变大，随之，折射率的倾斜也变大，所以能够有效地增大光束的偏转。另一方面，如果使x₀变大，则正极和负极间的电场的差就变小，随之，折射率的倾斜也变小，因此减少光束的偏转，就能够在垂直偏振光和水平偏振光之间减小偏差角。 

(电极材料的功函数) 

图8中示出了x₀和电场E的空间分布的关系图。此外，在图9中示出了克尔效应引起的折射率变化Δn的分布。使用由KLTN晶体形成的折射率为2.2的电光晶体，正负电极间的距离为0.5mm，电极长度为5.0mm。施加电压为100V，二次电光常数s_ij为2.85×10¹⁵m²/V²。可知在x₀＝0时，折射率的倾斜也变得最大。所谓x₀＝0，如图8的x＝0时在负极中电场为0所表明的，只要电极和电光晶体是理想的欧姆接触即可。 

将由KLTN晶体形成的电光晶体1截成纵6mm×横5mm×厚0.5mm，将纵5mm×横4mm的电极安装在相对的面上。在KLTN晶体中有助于电传导的载流子是电子。电极材料准备Ti、Cr、Au、Pt4种。在正负电极间施加100V的电压时，测量在纵方向上前进的光的偏转角度。 

图10中示出了电极材料的功函数和偏转角的关系。图中的点线A是电子的注入效率最大时的偏转角、即图8所示的x＝0时的偏转角。因此，在电极材料是Ti、Cr的情况下，实现理想的欧姆接触，并且注入效率变为最大。随着电极材料的功函数的变大，接近肖特基接触时，载流子的 注入效率降低了。基于此事实，在光偏转器的情况下，在有助于电光晶体的电传导的载流子是电子的时候，优选电极材料的功函数小于等于5.0eV。因此，在有助于电光晶体的电传导的载流子是空穴的时候，优选电极材料的功函数为5.0eV以上。 

接着，在由上述的KLTN晶体形成的电光晶体的正负电极间施加100V的电压，测量垂直偏振光和水平偏振光之间的偏差角。图11中示出了电极材料的功函数和偏差角的关系。图中的点线A是电子的注入效率最大时的垂直偏振光和水平偏振光之间的偏差角。在光相位调制器的情况下，与上述光偏转器的情况相反，电极材料为Au、Pt的时候，抑制传导电子的注入，偏差角变小。基于此事实，在有助于电光晶体的电传导的载流子是电子的时候，优选电极材料的功函数为5.0eV以上。另一方面，在有助于电光晶体的电传导的载流子是空穴的时候，优选电极材料的功函数小于等于5.0eV。 

作为功函数小于等于5.0eV的电极材料，可使用Cs(2.14)、Rb(2.16)、K(2.3)、Sr(2.59)、Ba(2.7)、Na(2.75)、Ca(2.87)、Li(2.9)、Y(3.1)、Sc(3.5)、La(3.5)、Mg(3.66)、As(3.75)、Ti(3.84)、Hf(3.9)、Zr(4.05)、Mn(4.1)、In(4.12)、Ga(4.2)、Cd(4.22)、Bi(4.22)、Ta(4.25)、Pb(4.25)、Ag(4.26)、Al(4.28)、V(4.3)、Nb(4.3)、Ti(4.33)、Zn(4.33)、Sn(4.42)、B(4.45)、Hg(4.49)、Cr(4.5)、Si(4.52)、Sb(4.55)、W(4.55)、Mo(4.6)、Cu(4.65)、Fe(4.7)、Ru(4.71)、Os(4.83)、Te(4.95)、Re(4.96)、Be(4.98)、Rh(4.98)中的任意一种。圆括号内表示功函数。此外，也可以是使用多种上述材料的合金。例如，由于Ti的单层电极经氧化变成高电阻，所以通常使用层叠Ti/Pt/Au的电极，使Ti层和电光晶体结合。并且也能够使用ITO(铟锡氧化物)、ZnO等的透明电极。 

作为功函数5.0eV以上的电极材料，可使用Co(5.0)、Ge(5.0)、Au(5.1)、Pd(5.12)、Ni(5.15)、Ir(5.27)、Pt(5.65)、Se(5.9)。此外，也可以是使用多种上述材料的合金。 

(电光晶体的介电常数) 

将由KLTN晶体形成的电光晶体1截成纵6mm×横5mm×厚0.5mm，将纵5mm×横4mm的电极安装在相对的面上。电极材料为Cr。在图12中示出了电光晶体的相对介电常数和偏转角的关系。在正负电极间施加200V/mm的电场时，测量在纵方向中前进的光的偏转角。此时，通过使电光晶体的温度变化，一面使测量介电常数变化，一面显示测量的结果。 

偏转角与正极和负极的折射率变化量的差，即图9所示的直线的斜度成正比。折射率的变化量在二次电光效应的情况下，与介电常数的平方成正比。因此，由于偏转角与相对介电常数的平方成正比，所以用二次函数对照拟和的结果显示图12中示出的实测值。此外，在二次电光效应的情况下，由于折射率变化量与施加电压的平方成正比，所以依据图12所示的结果，在图13中示出了使施加电压变化时的偏转角与相对介电常数的依存性。 

参照图14，比较本发明的一实施方式的电光器件的偏转角和现有棱镜的偏转角。实线A表示在由上述的KLTN晶体形成的电光晶体的正负电极间施加500V/mm的电场，使电光晶体的温度变化时的相对介电常数。点线B表示对现有的LN棱镜施加500V/mm的电场时偏转角＝0.3mrad。因此，如果在空间电荷限制状态下使用由相对介电常数为500以上的KLTN晶体形成的电光晶体的话，在相同的施加电场下，能够得到同等的偏转角。此外，如图14所示，相对介电常数超过10000时，由于偏转角的相对介电常数依存性变小，所以电光晶体的相对介电常数可以为40000以下。 

在本实施方式中，重要的是，应当准备好发现作为电光晶体的电光效应的普克耳斯效应及克尔效应中的任意一个，或者普克耳斯效应及克尔效应两者。在由普克耳斯效应使光束偏转的时候，实现依赖于光束的位置而改变偏转角的器件。另一方面，在利用克尔效应使光束偏转的时候，实现与光束的位置无关、偏转角固定的器件。而且，为增大折射率变化量，需要提高从电极向电光晶体的载流子的注入效率，并适当地选择电极的材料。下面，使用实施例详细地说明本发明，但本发明不限于 以下的实施例。 

实施例1 

图1 5中示出了本发明的实施例1的平行平板电极型电光器件。制备电光晶体11，将KLTN晶体(在K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃中，x＝约0.40、y＝约0.001)截成矩形，并将4个面磨光。在电光晶体11的上表面和下表面形成Ti/Pt/Au的正极12及负极13。电光晶体11的尺寸为纵6mm(z轴)×横5mm(y轴)×厚0.5mm(x轴)，电极的尺寸为纵5mm×横4mm。在本说明书中，Ti/Pt/Au表示在最下层的Ti上按顺序层叠Pt、Au。 

KLTN晶体是在从立方晶体向正方晶体的相变附近具有大的电光常数的电光晶体。在实施例1中，由于KLTN晶体的相变温度是55℃，所以使用珀耳器件和测温电阻，将此器件的温度设定为60℃，比相变温度高约5℃。由此，能够使KLTN晶体的电光效应为克尔效应。如此，电光晶体中的电光效应的发现依赖于电光晶体内部的温度。因此，在电光器件内部的环境温度不是实现电光晶体的电光效应的温度的情况下，需要设置将电光晶体保持在所希望的温度的温度调节单元。 

将来自He-Ne激光器的输出光从电光晶体11的一侧的端面射入。如果是处于光电晶体11的透过区域的光的话，则任意的波长都能够适用。使用偏振板和半波片，使入射光的偏振光成分仅为与电场平行的偏振光轴方向的成分。入射光根据施加在正极12及负极13上的直流电压，来变化偏转角。图16中示出了偏转了的光束的偏转角和施加电压的关系。相对于+250V的施加电压可得到最大108mrad的偏转角，相对于-190V的施加电压可得到-85mrad的偏转角。即，合计能够实现接近200mrad的偏转角。 

图17中示出了电光晶体11中流过的电流和施加电压的关系。由于相对于施加在正极12及负极13上的直流电压，流过电光晶体11的电流非线性地变化，所以可以说在电光晶体11内产生电场的区域处于空间电荷限制状态下。 

如此这样，使用矩形的电光晶体11和平行平板的正极12及负极13这样的简单、对称结构，就能够得到用现有的电光晶体棱镜不能实现的、大的偏转角。此外，通过在电极间施加替代直流电压的交流电压，也能够以时间瞬态方式改变偏转了的光束的偏转角。实施例1的电光器件能够在由电光常数决定的响应频率的范围内(参照非专利文献2)响应，并且能够相对于1kHz以上的高频的交流电压进行响应。

过去，作为电光效应大的晶体，已知有KTN(KTa_1-xNb_xO₃、0＜x＜1)晶体。将KTN晶体加工成棱镜形状，对此KTN棱镜施加497V/mm的电场时，能够得到约10mrad的偏转角(参照非专利文献3)。实施例1的电光器件，由于在施加250V的电压时(施加500V/mm的电场时)能够得到约100mrad的偏转角，所以相比于非专利文献3中记载的KTN棱镜，能够实现10倍的偏转效率。 

实施例2 

图18中示出了本发明的实施例2的水平电极型电光器件。制备电光晶体21，将KLTN晶体(在K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃中，x＝约0.40、y＝约0.001)截成矩形，并将4个面磨光。在电光晶体21的上表面上相对形成Ti/Pt/Au的正极22及负极23。电光晶体21的尺寸为纵6mm(z轴)×横5mm(y轴)×厚0.5mm(x轴)，电极的尺寸为纵5mm。 

KLTN晶体是在从立方晶体向正方晶体的相变附近具有大的电光常数的电光晶体。由于在实施例2中使用的KLTN晶体的相变温度是55℃，所以使用珀耳器件和测温电阻，将此器件的温度设定为60℃，比相变温度高约5℃。由此，能够使KLTN晶体的电光效应为克尔效应。 

将来自He-Ne激光器的输出光从电光晶体21的一侧的端面射入。如果是处于电光晶体21的透过区域的光的话，则任意的波长都能够适用。使用偏振板和半波长板，使入射光的偏振光成分仅为与具有电极对的晶体表面平行的偏振光轴方向的成分。入射光根据施加在正极22及负极23上的直流电压，来变化偏转角。相对于±200V的施加电压可得到最大±16mrad的偏转角。即，合计能够实现接近32mrad的偏转角。 

图19中示出了电光晶体21中流过的电流和施加电压的关系。由于相对于施加在正极22及负极23上的直流电压，流过电光晶体21的电流非线性地变化，所以可以说在电光晶体21内产生电场的区域处于空间电荷限制状态下。 

如此这样，使用矩形的电光晶体21和配置在晶体表面上的一对正极 22及负极23这样的简单、对称结构，就能够得到用现有的电光晶体棱镜不能实现的、大的偏转角。 

在实施例1、2中，虽然使用由正极和负极形成的1组电极对，但如果能够施加使电光晶体内部产生空间电荷限制状态的电压的话，也可以使用多个电极对。选择Ti、Pt、Au、Cu、Ag、Cr及Pd任意一个或两个以上的合金，从电光晶体的表面起通过，利用各自单独或合金的叠层及结构来形成电极对。 

实施例3 

图20中示出了本发明的实施例3的光束偏转器。光束偏转器，在方形的电光晶体31的相对的面上形成正极32及负极33。将由KLTN晶体形成的电光晶体31截成纵6mm(z轴)×横5mm(y轴)×厚0.5mm(x轴)，在相对的面上安装纵5mm×横4mm的电极。本实施例的KLTN晶体的相对介电常数在测量温度20℃下为6300。电极的材料为Ti/Pt/Au。图21中示出了本发明的实施例3的光束偏转器的折射率变化量的分布。表示在使施加在正负电极间的电压变化时，感觉在纵方向上前进的光的折射率的分布。纵轴是相对于没有施加电压时的折射率的变化部分，横轴表示距正极的距离。 

可知随着施加电压的增大，相对于正极附近的折射发生大的变化，在负极附近却几乎没有变化。即，可知实现了图8、9所示的理想的欧姆接触(x₀＝0)。施加电压140V时，折射率的斜度为每1mm 1.5×10^-3。光前进方向的电极长为5mm，光波面按厚度每1mm 7.5×10^-3mm的比例倾斜。因此，在施加电压140V时，距入射光的光轴的偏转角可得到7.5mrad。 

实施例4 

图22是表示本发明的实施例4的光强度调制器的结构图。电光晶体41，在相对的面上形成正极42及负极43，在电光晶体41的入射侧配置偏转器44，在出射侧配置检偏器45。电光晶体41由KLTN晶体(在K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃中，x＝0.40、y＝0.001)形成。在电光晶体41的上表面和下表面形成Pt的正极42及负极43。电光晶体41的尺寸为纵6mm(z轴)×横5mm(y轴)×厚0.5mm(x轴)，正极42及负极43的尺寸为纵5mm ×横4mm。 

KLTN晶体的相变温度是55℃，将电光晶体41的温度设定为60℃。入射光使用He-Ne激光束。在正负电极间施加58V的电压时，出射光的偏振方向相对于入射光的偏振方向旋转90度。随着正极42及和负极43间的施加压的增大，出射光反复进行开关，从而能够构成具有图3所示的工作特性的光强度调制器。 

实施例5 

注意上述式(19)，使用本发明的实施方式的电光器件作为光束偏转器件的情况下，偏转角与电光器件的器件长度L成正比。因此，为了得到大的偏转角，也可以加长通过电光器件内的光的光路。 

图23A示出了本发明的实施例5的光束偏转器的结构。在K_1-yLi_yTa_1-xN_xb_xO₃中，形成x＝约0.40、y＝约0.001的KLTN晶体51，将其截成矩形，并将4个面磨光。在KLTN晶体51的上表面和下表面形成Ti/Pt/Au的正极52、负极53。KLTN晶体51的尺寸为光的传播方向(z轴)的长度6mm、宽度(y轴)5mm、厚度(x轴)0.5mm。在KLTN晶体51的上表面和下表面上通过气相沉积形成的电极，在光的传播方向的长度为5mm。 

此外，在光的入射面和出射面上形成由Au等金属或介质多层膜制成的反射镜54、55。作为入射光，向KLTN晶体51射入来自He-Ne激光器的输出光。图23B示出了从形成正极52的面观察时的光束的传播路径。此时，调整相对于KLTN晶体51的入射面水平方向的角度，使得光在晶体内往返1.5次，即，使得光在入射面和出射面之间通过的次数为3次，从而得到出射光。 

KLTN晶体51是在从立方晶体向正方晶体的相变附近具有大的电光常数的电光晶体。由于KLTN晶体51的相变温度是55℃，所以使用珀耳器件和测温电阻，将此器件的温度设定成比相变温度高约5℃，为60℃。由此，能够使KLTN晶体51的电光效应为克尔效应。 

图24中示出了实施例5的光束偏转器的施加电压和偏转角的关系。在正极52和负极53之间施加50V的电压(施加100V/mm的电场)时，入射面和出射面之间的通过次数为1次，偏转角为约7mrad。因此，如图23A所示，出射光的垂直方向(x方向)的偏转角Div可得到约21mrad。 

实施例6 

图25A中示出了本发明的实施例6的光束偏转器的结构。在K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃中，形成x＝约0.40、y＝约0.001的KLTN晶体61，将其截成矩形，并将4个面磨光。在此KLTN晶体61的侧面形成Ti/Pt/Au的正极62、负极63(未示出)。KLTN晶体61的尺寸为光的传播方向(z轴)的长度6mm、宽度(y轴)0.5mm、厚度(x轴)5mm。在KLTN晶体61的侧面上通过气相沉积形成的电极，在光的传播方向的长度为5mm。 

此外，在光的入射面和出射面上形成由Au等金属或介质多层膜制成的反射镜64、65。作为入射光，向KLTN晶体61射入来自He-Ne激光器的输出光。图25B示出了从形成正极62的面观察时的光束的传播路径。此时，调整相对于KLTN晶体61的入射面垂直方向的角度，使得光在晶体内往返2.5次，即，使得光在入射面和出射面之间通过的次数为5次，由此射出。 

KLTN晶体61是在从立方晶体向正方晶体的相变附近具有大的电光常数的电光晶体。由于KLTN晶体61的相变温度是55℃，所以使用珀耳器件和测温电阻，将此器件的温度设定为60℃，比相变温度高约5℃。由此，能够使KLTN晶体61的电光效应为克尔效应。 

在正极62和负极63之间施加150V的电压(施加200V/mm的电场)时，光在入射面和出射面之间的通过次数为1次，偏转角为约30mrad。因此，出射光束的水平方向(y方向)的偏转角Div可得到约150mrad。 

根据实施例5及实施例6，由于通过电光器件内的光的光路变长，所以与仅1次通过相同器件长度的电光器件内的光的情况相比，能够使驱动电压为1/√n(n：通过次数)。如果驱动电压相同，就能够使电光器件的器件长度为1/n。如果缩短器件长度，由于能够减小相对于施加的电压的容量成分，就能够实现偏转动作的高速化。此外，二次电光常数s_ij，与光的偏转方向和施加电场平行时的s₁₁，比与光的偏转方向和施加电场垂直时的s₁₁要大。因此，通过增加往返的次数，就能够得到足够的偏转角。 

再有，可以通过气相沉积或溅射来形成金属或介质多层膜，从而形成反射镜，也可以使用晶体端面上的全反射。 

实施例7 

图26中示出了本发明的实施例7的光束偏转器的结构。在K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃中，形成x＝约0.40、y＝约0.001的KLTN晶体71，将其截成矩形，并将4个面磨光。在此KLTN晶体71的上表面和下表面形成Ti/Pt/Au的正极72、负极73。正极72、负极73为垂直偏转用的电极。并且，在KLTN晶体71的侧面形成作为水平偏转用的电极的正极74、负极75。在光的入射面和出射面上形成由金属或介质多层膜制成的反射镜76、77。 

作为入射光，向KLTN晶体71射入来自He-Ne激光器的输出光。此时，调整相对于KLTN晶体71的入射面水平、垂直方向的角度，使得光在晶体内往返2.5次，即，使得光在入射面和出射面之间通过的次数为5次，由此射出。如此这样，与实施例5及实施例6所示的相同，能够使出射光在水平方向及垂直方向上偏转。 

实施例8 

图27中示出了本发明的实施例8的二维光束偏转器的结构。从KLTN晶体中截出纵6mm×横5mm×厚0.5mm的电光晶体。在各个电光晶体81、91中，在相对的面82、83及92、93上安装纵5mm×横4mm的电极。KLTN晶体的相变温度是55℃，将电光晶体81、91的温度设定为60℃。电极材料为Cr。在光路上分别配置电光晶体81和电光晶体91，以便使电光晶体81的电场施加方向和电光晶体91的电场施加方向成为直角。在电光晶体81、91之间的光路上，插入由水晶制成的半波片101，以使从电光晶体81射出的光旋转90度，并射入电光晶体91。 

如上所述，偏转的效率，依赖于光的电场的方向，在光的电场的方向和由施加电压产生的空间电场的方向平行时，偏转的效率变得最大。因此，由于此偏振光依存性，相对于垂直偏振光和水平偏振光的折射率变化的倾斜也不同。在KLTN晶体中，由于相对于垂直偏振光(图27的y轴方向)和水平偏振光(图27的x轴方向)的克尔常数是s₁₁∶s₁₂＝10∶-1左右，所以仅垂直偏振光的出射角变化大。 

因此，在电光晶体81中，增加与垂直偏振光平行的施加电场，使光向y轴偏转，在半波片101中，使偏转的光旋转90度。然后，在电光晶体91中，增加与水平偏振光平行的施加电场，使光向x轴方向偏转。如此 这样，就能够有效的成为二维偏转。 

实施例9 

图28中示出了本发明的实施例9的二维光束偏转器的结构图。将由KLTN晶体形成的电光晶体截成纵20mm×横5mm×厚5mm，削成长边方向的截面变成八角形的八角柱。在电光晶体111的相对的面上安装3组纵5mm×横1.5mm的电极。KLTN晶体的相变温度是55℃，将电光晶体111的温度设定为60℃。就电极而言，从光的入射侧顺序安装第一偏转器用的电极122、123，半波片用的电极132、133，第二偏转器用的电极142、143。 

在此，电极122、123及电极142、143的电极材料为Cr，电极132、133的电极材料为Pt。为了提高偏转效率需要加大电子的注入效率，偏转器用的电极选择成为欧姆接触的电极材料。另一方面，半波片用的电极，仅使偏振波旋转，优选不引起偏转。因此，需要降低电子的注入效率，并选择成为肖特基接触的电极材料。 

通过这样的结构，与实施例8相同，在第一偏转器中在y轴方向上偏转，在半波片中旋转90度。并且，在第二偏转器中，在x轴方向上偏转。如此，由于用一个KLTN晶体实现垂直偏转、水平偏转及半波片这三种功能，所以优选为立方晶体的KLTN晶体。 

实施例10 

图29A中示出了本发明的实施例10的二维光束偏转器的结构。将由KLTN晶体形成的电光晶体201截成纵10mm(z轴)×横5mm(y轴)×厚0.5mm(x轴)。在电光晶体201的相对的面上安装两组电极。就电极而言，从光的入射侧顺序安装第一偏转器用的电极202、203，第二偏转器用的电极204、205。此顺序即使转换也无妨。KLTN晶体的相变温度是55℃，将电光晶体201的温度设定为60℃。 

第一偏转器用的电极202、203成形为以光入射侧的一边作为底边的直角三角形，其中一个底角为直角，另一个底角φ为30度，底边长为4mm，高为3mm，斜边长为5mm。为了达到肖特基接触的目的，第一偏转器用的电极202、203使用含Pt的电极材料。第二偏转器用的电极204、205是长5mm×宽4mm的矩形电极。为了达到欧姆接触的目的，第二偏 转器用的电极204、205使用含Ti的电极材料。 

在形成第一偏转器用的电极202、203的部分，由于KLTN晶体的电光效应，折射率均匀地变化，所以此部分作为棱镜作用于入射光。设电光晶体201的折射率为n，电光常数为s_ij，厚度为d，施加电压为V，第一偏转器用的电极202、203的一侧的底角为φ时，偏转角ψ为 

“式”7 

$\mathrm{\ψ}=\frac{1}{2}{n}^3{S}_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{V}{d}\right)}^2\tan \mathrm{\φ}---\left(20\right)$

光向y轴偏转。 

形成第二偏转器用的电极204、205的部分，与实施例3的情况相同，实现了理想的欧姆接触，电荷的注入效率为最大。因此，由于出射光向x轴方向偏转，所以可有效地变成二维偏转。 

实施例11 

目前，DVD光记录/再生装置中使用的伺服机构中，可使用3轴的透镜调节器。调节器通过可动线圈型马达驱动保持物镜的电机来进行驱动。可动线圈型马达的驱动原理是利用作用于磁通量中移动的电荷的洛仑兹力。由于调节器机构为机械操作型机构，因此包含许多固有振动模式。在等于其固有振动数的频率下驱动调节器的时候，固有马达激振，产生共振。通过控制系统所施加的控制，就能够避免调节器的最低阶共振。但是，很难避免高阶共振的影响，因而，控制系统未稳定高阶共振通过，正确地定位变得困难。因此，使用上述的光束偏转器，实现具有不含机械式驱动部分的伺服机构的光拾取装置。 

图30中示出了本发明的实施例11的光拾取装置的结构。作为使用图20所示的实施例3的光偏转器的光拾取装置，记录介质是DVD及HD-DVD。从作为光源的DVD用激光二极管(LD)311射出的光束，通过半反射镜312和准直透镜313射入光偏转器件314。根据从光盘316反射过来的追踪信号，通过未示出的控制部，对光偏转器件314的偏转角进行反馈控制。从光偏转器件314输出的光束通过物镜315照射在光盘316上。 

从光盘316反射的光信号，通过半反射镜322和检测用透镜323，射入光电二极管(PD)324中。此外，HD-DVD用激光二极管(LD)321 与半反射镜322光耦合。 

如上所述，现有的方法利用调节器来驱动物镜。本实施方式的光偏转器件由于不具有可动部分，因而不会因本体驱动而引起共振。另一方面，由于采用具有二次电光效应的材料，所以因电致伸缩效应产生器件材料的共振现象。此现象由于依赖于材料的尺寸和形状，所以能够通过使形状的对称性下降来对其加以控制。在本实施方式中，虽然伺服的频带为1MHz，但能够令人满意地执行稳定操作，并能够进行高质量的光记录/再生。此时，在光偏转器件中，用于偏转光束的驱动电压处于±12V的范围内，因而能够以非常实用的电压进行驱动。 

此外，虽然将光偏转器件配置在准直透镜313和物镜315之间，但如果位置处于光源和记录介质之间的光路上，那么，即使配置在光拾取装置的其它部分，也能够得到相同的效果。而且，由于光偏转器件的光透过波长处于400nm-4000nm的范围内，因此该器件还能够应用于使用可见光的多个波长的光拾取装置中。 

使用本实施方式的光偏转器件的光拾取装置，即使在进行1TB级的高密度光记录和再生的情况下，也具有能够实现足够控制的频带。因此，在适用于更高密度记录所需的HD-DVD、Blu-ray等中时，可以期待更大的效果，并且能够实现更高密度的光记录/再生。 

实施例12 

激光打印机对感光体照射激光，使调色剂附着在感光的部分上，并通过将此调色剂转印在记录纸上而进行印字。此时，需要使激光在至少一个轴方向上反复偏转。作为光偏转技术，可使用使上述的多角镜旋转的技术。为了进一步提高打印机的打印速度，需要更高速的光偏转技术。因此，使用上述光束偏转器来实现高速的激光打印机。 

图31A中示出了本发明一实施方式的激光打印机的结构。所示出的激光打印机使用图20所示的实施例3的光束偏转器。图31B表示用于比较的现有的激光打印机。激光打印机，在作为感光体的圆筒上的感光鼓411的外周，配置带电器(带電器)412、显影器415、转印器414及定影器413。用激光照射借助于带电器412带电的感光鼓411，在显影器415中使调色剂附着在感光的部分上。接着，在转印器414中，在记录纸416上 转印调色剂像，并通过定影器413固定。 

如图31B所示，现有的激光打印机，利用准直透镜432校准从激光二极管431射出的激光，并利用多角镜433使其反射。通过多角镜433的旋转而使激光偏转，并通过透镜434使偏转的光束照射在感光体411上。如图31A所示，本实施方式的激光打印机，利用准直透镜422校准从作为光源的激光二极管421射出的激光，并使其射入光偏转器件423。经光偏转器件423偏转了的激光通过透镜424照射在感光体411上。 

为了在扫描方向上扫描整个感光体411，配置在激光二极管421和感光体411之间的光路上的光偏转器件423使用4个器件。由于每一个器件的耗电为1mW以下，所以与现有的激光打印机相比，能够降低耗电量。由于光偏转器件的芯片尺寸小，能够与激光二极管一体化，所以与多角镜相比可进行小型化。 

光偏转器件423的光偏转速度为1MHz，多角镜433的旋转频率的最大值为10kHz(60000rpm)。多角镜433具有10面反射镜面时，本实施方式的激光打印机就能够实现10倍的速度。例如，虽然现有的激光打印机，在使用多个激光的高速打印机中具有140张/分钟左右的印字能力，但本实施方式的激光打印机能够实现300张/分钟左右的印字能力。 

此外，配置电场方向彼此正交的两个光偏转器件，并在两个光偏转器件之间配置半波片。分别控制两个光偏转器件，则能够二维地扫描激光。由于如果进行二维扫描，就能够显著地提高感光体的感光速度，所以能够实现500张/分钟左右的印字能力。并且，在光偏转器件和激光二极管之间，还配置一个光偏转器件，在用于激光的感光的光路以外，通过使光偏转，也能够追加光的ON/OFF功能。 

Claims (29)

1.一种光束偏转器，其特征在于，包括：

具有电光效应的电光晶体，所述电光效应为普克耳斯效应和克尔效应中的至少一个；以及

由正极和负极构成的电极对，所述电极对由对于有助于所述电光晶体的电传导的载流子而言为欧姆接触的材料构成，并且使所述电光晶体内部产生电场；

其中，入射光束的光轴被设置成垂直于所述电场的方向，当在所述电极对之间施加电压时，载流子被注入所述电光晶体内部以迁移至空间电荷限制状态，从而使得所述电场的幅度产生倾斜。

2.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于，所述电极对中的所述正极配置在所述电光晶体的两个平行地相对的面一侧上，所述负极配置在该两个平行地相对的面的另一侧上。

3.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于，所述电极对中的所述正极和所述负极彼此间隔配置在所述电光晶体的同一面上。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光束偏转器，其特征在于，所述电光晶体是K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃(0＜x＜1、0＜y＜1)、LiNbO₃、LiTaO₃、LiIO₃、KNbO₃、KTiOPO₄、BaTiO₃、SrTiO₃、Ba_1-xSr_xTiO₃(0＜x＜1)、Ba_1-xSr_xNb₂O₆(0＜x＜1)、Pb_1-yLa_yTi_1-xZr_xO₃(0＜x＜1、0＜y＜1)、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃、KH₂PO₄、KD₂PO₄、(NH₄)H₂PO₄、BaB₂O₄、LiB₃O₅、CsLiB₆O₁₀、GaAs、CdTe、GaP、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe以及ZnO中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于：所述电光晶体的相对介电常数大于或等于500且小于或等于40000。

6.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于：当有助于所述电光晶体的电传导的载流子是电子时，所述电极对的材料的功函数为小于5.0eV。

7.根据权利要求6所述的光束偏转器，其特征在于：所述电极对的材料是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、Zn、Sn、B、Hg、Cr、Si、Sb、W、Mo、Cu、Fe、Ru、Os、Te、Re、Be、Rh中的任意一种。

8.根据权利要求6所述的光束偏转器，其特征在于：所述电极对的材料是ITO、ZnO中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于：当有助于所述电光晶体的电传导的载流子是空穴时，所述电极对的材料的功函数为大于或等于5.0eV。

10.根据权利要求9所述的光束偏转器，其特征在于：所述电极对的材料是Co、Ge、Au、Pd、Ni、Ir、Pt、Se中的任意一种。

11.根据权利要求2所述的光束偏转器，其特征在于进一步包括：

在垂直于所述电场的方向射入的光的入射面和出射面上形成的镜面。

12.根据权利要求11所述的光束偏转器，其特征在于：所述电光晶体的相对介电常数大于或等于500且小于或等于40000。

13.根据权利要求12所述的光束偏转器，其特征在于：所述电光晶体是K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃(0＜x＜1、0≤y＜1)、Ba_1-xSr_xTiO₃(0＜x＜1)、Sr_0.75Ba_0.25Nb₂O₆、Pb_1-yLa_yTi_1-xZr_xO₃(0＜x＜1、0＜y＜1)中的任意一种。

14.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于，

所述电光晶体具有垂直于所述光轴的八角形的截面；

所述电极对包括：

第一组电极对，由使所述电光晶体内部产生电场的正极和负极构成，所述正极和负极在所述电光晶体的相互平行的长边方向的面上相对形成；

第二组电极对，在与通过所述第一组电极对施加的电场的方向成为直角的方向上施加电场；以及

第三组电极对，在所述第一组和第二组电极对之间的相互平行的面上相对形成，并且在与通过所述第一组和第二组电极对施加的电场方向成45度角的方向上施加电场；

其中所述第一组和第二组电极对由对于有助于所述电光晶体的电传导的载流子而言为欧姆接触的材料构成，以及所述第三组电极对由对于有助于所述电光晶体的电传导的载流子而言为肖特基接触的材料构成。

15.根据权利要求14所述的光束偏转器，其特征在于：所述电光晶体是K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃(0＜x＜1、0≤y＜1)。

16.根据权利要求15所述的光束偏转器，其特征在于：当有助于所述电光晶体的电传导的载流子是电子时，所述第一组和第二组电极对的材料的功函数为小于5.0eV，所述第三组电极对的材料的功函数为大于或等于5.0eV。

17.根据权利要求16所述的光束偏转器，其特征在于：所述第一组和第二组电极对的材料是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、Zn、Sn、B、Hg、Cr、Si、Sb、W、Mo、Cu、Fe、Ru、Os、Te、Re、Be、Rh中的任意一种。

18.根据权利要求16所述的光束偏转器，其特征在于：所述第一组和第二组电极对的材料是ITO、ZnO中的任意一种。

19.根据权利要求16所述的光束偏转器，其特征在于：所述第三组电极对的材料是Co、Ge、Au、Pd、Ni、Ir、Pt、Se中的任意一种。

20.根据权利要求15所述的光束偏转器，其特征在于：当有助于所述电光晶体的电传导的载流子是空穴时，所述第一组和第二组电极对的材料的功函数为大于或等于5.0eV，所述第三组电极对的材料的功函数为小于5.0eV。

21.根据权利要求14所述的光束偏转器，其特征在于：所述电光晶体是LiNbO₃、LiTaO₃、LiIO₃、KNbO₃、KTiOPO₄、BaTiO₃、SrTiO₃、Ba_1-xSr_xTiO₃(0＜x＜1)、Ba_1-xSr_xNb₂O₆(0＜x＜1)、Pb_1-yLa_yTi_1-xZr_xO₃(0＜x＜1、0＜y＜1)、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃、KH₂PO₄、KD₂PO₄、(NH₄)H₂PO₄、BaB₂O₄、LiB₃O₅、CsLiB₆O₁₀、GaAs、CdTe、GaP、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe中的任意一种。

22.根据权利要求1所述的光束偏转器，其特征在于，所述电极对在所述电光晶体的相互平行的长边方向的面上相对形成，并且所述光束偏转器进一步包括：

第二组电极对，其在所述电光晶体的相互平行的长边方向的面上相对形成，所述第二组电极对由对于有助于所述电光晶体的电传导的载流子而言为肖特基接触的材料构成，并且成形为将光的入射侧的一边作为底边、一个底角作为直角的直角三角形。

23.根据权利要求22所述的光束偏转器，其特征在于：所述电光晶体是K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃(0＜x＜1、0≤y＜1)。

24.根据权利要求23所述的光束偏转器，其特征在于：当有助于所述电光晶体的电传导的载流子是电子时，所述第二组电极对的材料的功函数为大于或等于5.0eV，所述电极对的材料的功函数为小于5.0eV。

25.根据权利要求24所述的光束偏转器，其特征在于：所述第二组电极对的材料是Co、Ge、Au、Pd、Ni、Ir、Pt、Se中的任意一种。

26.根据权利要求24所述的光束偏转器，其特征在于：所述电极对的材料是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、Zn、Sn、B、Hg、Cr、Si、Sb、W、Mo、Cu、Fe、Ru、Os、Te、Re、Be、Rh中的任意一种。

27.根据权利要求24所述的光束偏转器，其特征在于：所述电极对的材料是ITO、ZnO中的任意一种。

28.根据权利要求23所述的光束偏转器，其特征在于：当有助于所述电光晶体的电传导的载流子是空穴时，所述第二组电极对的材料的功函数为小于5.0eV，所述电极对的材料的功函数为大于或等于5.0eV。

29.根据权利要求22所述的光束偏转器，其特征在于：所述电光晶体是LiNbO₃、LiTaO₃、LiIO₃、KNbO₃、KTiOPO₄、BaTiO₃、SrTiO₃、Ba_1-xSr_xTiO₃(0＜x＜1)、Ba_1-xSr_xNb₂O₆(0＜x＜1)、Pb_1-yLa_yTi_1-xZr_xO₃(0＜x＜1、0＜y＜1)、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃、KH₂PO₄、KD₂PO₄、(NH₄)H₂PO₄、BaB₂O₄、LiB₃O₅、CsLiB₆O₁₀、GaAs、CdTe、GaP、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe中的任意一种。

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