CN101681076A - 光开关 - Google Patents

Abstract

光开关通过向电光晶体(104)施加电场并且改变电光晶体(104)的折射率而在施加到电光晶体(104)的入射光(101)的透射和全反射之间执行切换。该光开关设置有布置在电光晶体(104)内部的多个电极(105)，以构造用于向电光晶体(104)施加电场的电极部分(106)。折射率改变部分(图中未示出)包括整个电极部分(106)，当通过在电光晶体(104)中的电极部分(106)施加了电场时，该折射率改变部分中的折射率改变。折射率改变部分的界面被形成为平坦的。

Description

光开关

技术领域

[0001]本发明涉及一种用于在光的透射和反射之间切换的光开关。

背景技术

[0002]在光通信领域中，存在用于通过向具有电光效应的物质施加电压以使其折射率在生成的电场下改变来执行光的切换的各种已知设备。已经提出了波导被构造在其中的光开关，包括利用两个波导的邻近效应的定向耦合器型光开关和通过从外部源在波导之间施加电压以生成相位差而利用光的干涉的马赫-曾德尔干涉仪型光开关。这些波导型光开关能够执行高速切换，因为它们可以高速改变折射率。

[0003]JP-A No.2006-293018提出了一种光开关，包括用于使光的振动平面旋转的正交偏振光学系统，所述光已经被由于主要电光效应(普克耳斯效应)或次要电光效应(克尔效应)引起的双折射所线性偏振。由于该电光光开关利用电光效应，所以它能够如波导类型的光开关一样快地操作。

[0004]JP-A No.2006-276654提出了一种光开关，该光开关利用包括可由可见光激发的金属氧化物的微晶体的非线性光学薄膜，并且通过利用从外部源施加的可见激发光引起反射现象来控制入射光的反射和透射。

[0005]已经提出了用于通过向电光晶体施加电压以产生用于导致折射率改变的电场来将入射光选择性地改变成透射光和反射光的各种光开关。

[0006]图1示出了与本发明相关的一般光开关的基本结构。均由电子导体制成的两个电极1121以彼此面对的关系被布置在块形式的电光晶体1104的各个侧面。两个电极1121被连接到外部电源1107，使得它们具有不同的极性。当外部电源1107向两个电极1121施加电压时，在两个电极1121之间产生电场，从而产生折射率改变部分1108。当外部电源1107没有施加电压时，在两个电极1121之间折射率不改变，并且因此入射光1101直接穿过电光晶体1104，并且作为透射光1102发出。当外部电源1107施加电压时，在两个电极1121之间的折射率改变，并且因此具有比临界角大的入射角的入射光1101被电光晶体1104反射，并且作为反射光1103发出。因此，通过向电极1121施加适当的电压，改变了电光晶体1104的折射率以在光的透射和反射之间切换，从而提供了作为光开关的功能。

[0007]上述定向耦合器型光开关和马赫-曾德尔干涉仪型光开关需要通过复杂的制备工艺来制备，因为必须在晶体中形成波导。因此，难以降低它们的设备的大小并且它们的制备成本高。上述包括正交偏振光学系统的光开关的问题在于：因为在电极之间的距离大，所以为了获得期望的旋转角，操作电压高并且功率消耗大。

[0008]专利文献1公开了通过增加光学路径的长度来降低所施加的电压。然而，因为所增加的光学路径的长度需要大晶体，所以光开关的成本很高，并且大晶体阻碍光开关大小和重量减小。包括正交偏振光学系统的光开关本身不具有更小的设备大小，因为由晶体的双折射引起了相位差，单独需要相位补偿波片。另外，由于增加了电极长度并且加宽了电极面积，所以电容变得更大并且功率消耗也变得更高，使得光开关难以高速操作。此外，该光开关的缺点在于：因为由晶体散射了线性偏振的入射光，所以不可能获得高消光比。

[0009]在专利文献2中公开的光开关无法减少大小和重量，因为单独需要激发光来激发非线性光学膜。此外，该光开关的缺点在于：由于通过控制激发光来切换信号光，所以该光开关的机制比利用电光晶体的电压控制系统更复杂，并且不能高速切换。

[0010]在背景技术的光开关中，在电光晶体的各个侧面上的电极之间施加电压以产生用于导致折射率改变的电场，用于将入射光选择性地改变成透射光和反射光，根据背景技术的光开关经受的结构问题在于：由于由晶体产品或封装带来的限制而难以将晶体的厚度减少成100μm或更小，并且因为由于电极之间的大距离而需要高驱动电压，所以功率消耗大。

[0011]假定由P来表示功率消耗、由f来表示操作频率、由C来表示在晶体上的电极之间的电容、由ε₀来表示真空的介电常数、由ε_r来表示相对介电常数、由r来表示波束直径、由θ_m来表示临界角、由L来表示以临界角θ_m反射具有波束直径r的波束所需要的电极的长度、由w来表示电极的宽度、由d来表示电极之间的间隔、由n₀来表示折射率、由Δn来表示折射率的变化、由s来表示克尔常数并且由E来表示电场。这些参数根据以下等式彼此相关：

[0012]

P＝2πfCV²

$C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r\mathrm{Lw}}{d}$

$L=\frac{r}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_m\right)}$

${\mathrm{\θ}}_m=a\sin \left\{\frac{(\mathrm{\Δn}+n_0)}{n_0}\right\}$

$\mathrm{\Δn}=-\frac{1}{2}{n}_0^{3}s{E}^2$

$E=\frac{V}{d}$

从以上等式，得到以下等式(1)、(2)：

[0013]

${\mathrm{\θ}}_m=a\sin \{\mathrm{\α}{\left(\frac{V}{d}\right)}^2+1\}\·\·\·\left(1\right)$

P＝βd    …(2)

其中，α、β分别表示系数。

[0014]从等式(1)可以理解，为了获得相同的临界角，驱动电压V与电极之间的距离d成比例地变得更高。从等式(2)还可以理解，功率消耗P与电极之间的距离d成比例地变得更高。

[0015]用于光通信的一般光开关需要具有大约10∶1的消光比，这不足以应用于诸如显示器这样的图像显示设备。与本发明有关的图1所示的光开关具有与在光通信中使用光开关相同的问题，该问题是，折射率改变部分1108难以完全地全反射入射光，并且无法实现足够的消光比，因为将入射光分成了透射成分和反射成分。

发明内容

[0016]本发明的目的是提供一种光开关，能够在低操作电压下产生大折射率改变，用于由此降低功率消耗。

[0017]根据本发明的光开关用于通过向电光晶体施加电场以由此改变电光晶体的折射率而在施加到该电光晶体的入射光的透射和全反射之间切换，根据本发明的该光开关包括多个电极，所述多个电极设置在所述电光晶体中以提供用于向电光晶体施加电场的电极组件，其中所述电光晶体具有折射率改变部分，所述折射率改变部分的折射率通过由所述电极组件施加的电场来改变，所述折射率改变部分包围了所述电极组件整体，并且所述折射率改变部分具有平坦的折射率边界。

[0018]根据本发明的另一光开关用于通过向电光晶体施加电场以由此改变电光晶体的折射率而在施加到该电光晶体的入射光的透射和全反射之间切换，根据本发明的该另一光开关包括设置在所述电光晶体中的电极组件，并且包括多个电极，所述多个电极具有在一个平面中设置的最大面积的主要横截面。

附图说明

[0019]图1是示出与本发明相关的光开关的视图；

图2是示出根据本发明的第一示例的光开关的视图；

图3是示出图2所示的光开关的电极组件的细节的视图；

图4是图示光开关的操作的图；

图5是示出具有多个电极组件的光开关的视图；

图6是示出具有多个电极组件的另一光开关的视图；

图7是沿图6所示的布置的线A-A所取的横截面视图；

图8是示出当向电极组件施加电压时产生的折射率改变部分的视图；

图9是示出根据本发明的第二示例的光开关的视图；

图10是示出根据本发明的第二示例的另一光开关的视图；

图11是示出具有多个电极组件的光开关的视图；

图12是示出具有多个电极组件的另一光开关的视图；

图13是根据本发明的第三示例的光开关的平面图；

图14是沿图13的线A-A所取的横截面视图；

图15是示出根据第三示例的光开关的更具体结构的示意性视图；

图16是示出形成光开关的电极的工艺的程序的横截面视图；

图17是示出图像显示装置的示例的示意性视图；

图18是示出图像形成装置的示例的示意性视图；

图19是示出原型光开关的视图；

图20是示出另一原型光开关的视图；

图21是示出在与本发明相关的光开关以及根据本发明的示例的光开关的操作电压和消光比之间的关系的曲线图；以及

图22是示出在水平轴上的操作电压和在垂直轴上的消光比之间绘制的关系的曲线图。

具体实施方式

[0020]下面将参考附图描述本发明的示例。

[0021](第一示例)

下面将参考图2描述本发明的第一示例。通过蚀刻等从电光晶体104的上表面向电光晶体104中形成多个直线凹痕，并且通过CVD等在凹痕中沉积可以是电极构件的电子导体来在电光晶体104中形成针状电极105。外部电源107电连接到针状电极105，使得与针状电极105相邻的针状电极105具有不同的极性。将光倾斜地施加到与电极组件106的光入射平面垂直的方向，该电极组件106包括排列成直线的针状电极105。

[0022]下面将参考图3描述图2所示的光开关的电极组件的细节。当没有向电极组件106施加电压时，如图3(a)所示，电极组件106没有引起折射率改变。因此，入射光101穿过电极组件106并且作为透射光102从光开关发出。当向电极组件106施加电压时，在针状电极105之间生成了电场，以使得电极组件106能够引起折射率改变，从而产生折射率改变部分108。具有等于或大于临界角的入射角的入射光101被折射率改变部分108反射，并且作为反射光从光开关发出。

[0023]电极105可由诸如ITO(铟锡氧化物)这样的透明材料制成。如果电极105由这样的透明材料制成，则它们可以抑制当光穿过电极组件106时引起的衍射。

[0024]根据本示例的布置，针状电极105彼此之间分隔相对小的间隔。因此，可以降低施加到电极组件106的电压，以便在针状电极105之间生成电场来产生折射率改变部分108。此外，根据本示例的布置，由于针状电极105中的每个都具有相对小的横截面积并且电光晶体1104的电容小，所以光开关可以被设计用于低功率消耗和高速切换操作。

[0025]下面将参考图2至4描述根据本示例的光开关的操作。

[0026]图4(a)是示出所施加的电压的波形的曲线图，水平轴表示时间并且垂直轴表示电压。图4(b)是示出当折射率根据所施加的电压而改变时的折射率的曲线图，水平轴表示时间并且垂直轴表示折射率。图4(c)是示出当光的功率根据所施加的电压而改变时光的功率的曲线图，水平轴表示时间并且垂直轴表示光的功率，通过利用光电检测器检测从电光晶体发出的透射光来测量光的功率。

[0027]当向电光晶体104的电极组件106施加电压时，电极组件106的折射率改变成比电光晶体104的周围区域的折射率更小的值。因此，具有等于或大于临界角的入射角的入射光101被电极组件106反射，并且降低了通过位于透射光102离开的出口端处的光电检测器(未示出)检测到的光的功率值。当施加到电极组件106的电压是零时，由于电极组件106并没有引起其折射率的改变，所以电极组件106的折射率与电光晶体104的材料的折射率相同。因此，入射光101穿过电极组件106，并且施加到位于透射光102离开的出口端处的光电检测器。因此，增加了通过光电检测器检测到的光的功率值。

[0028]图5是示出具有多个电极组件的光开关的视图。利用图5所示的布置，将多个电极组件106布置在入射光101的光路上。该布置使得可以通过利用位于入射光101首先经过的电极组件106的后面的另一电极组件106来反射没有被入射光101首先经过的电极组件106反射而是透射穿过那里的光而增加消光比。

[0029]施加到电光晶体104的其入射角等于或大于临界角的入射光101到达第一电极组件106，并且由此被分成两个光成分，即，透射光成分102和反射光成分201。透射穿过第一电极组件106的光成分102通过设置在第一电极组件203后面的第二电极组件204被再次分成两个光成分，即，透射光成分102和反射光成分202。与第一反射光201一样，被第二电极组件204反射的第二反射光202从电光晶体104发出。通过这样重复地反射入射光101可以增加消光比。

[0030]如图6所示，电光晶体104可以是以下布置：第一电极组件203和第二电极组件204以重叠的关系彼此平行地设置。利用该布置，除非入射角、波束直径、电极组件之间的间隔以及折射率改变部分的长度是适当值，否则可能将第二反射光202施加到第一电极组件203，可能不利地影响切换操作，由此降低消光比。

[0031]图7是沿图6所示的布置的线A-A所取的横截面视图。假定入射光101的入射角由θ来表示、由L来表示折射率改变部分的二分之一的长度、由d来表示在第一电极组件203和第二电极组件204之间的间隔并且由r来表示波束直径。为了防止将第二反射光202施加到第一电极组件203，需要满足以下等式(3)、(4)。

[0032]

L＜d/tan θ            …(3)

L＞1/2(d/tanθ+r/sinθ)…(4)

如果在电极组件203、204之间的间隔小，则在电极组件之间生成电场，在电极组件之间产生非期望的折射率改变部分。结果，有可能由于光的非期望散射而不能获得适当的消光比。在电极组件203、204之间的间隔应当至少是在电极105之间的距离的三倍。

[0033]此外，如图6和7所示，利用具有多个电极组件203、203的多类型布置，如果光被当向后一电极组件204施加电压时产生的折射率改变部分所散射，则有可能由于散射的光而不能获得适当的消光比。因此，期望防止由折射率改变部分引起的光的散射。具体地，如图8所示，当向电极组件204施加电压时产生的包围多个电极105的折射率改变部分208应当优选具有平坦的折射率边界。折射率改变部分的平坦的折射率边界并不散射，而是使反射光202反射从而以基本相同的方向传播。因此，防止了在后一电极组件204处由折射率改变部分208反射的光影响前一电极组件204的切换操作。图8所示的折射率改变部分208不仅可应用于图6、7所示的多类型光开关，而且可应用于图2、5所示的光开关。

[0034](第二示例)

下面将参考图9等描述本发明的第二示例。根据本示例，通过蒸发等在第一电光晶体205的上表面上沉积可以是电极构件的电子导体来彼此平行地形成多个槽状电极109。第一电光晶体205的其中形成了槽状电极109的表面被研磨成平坦抛光面(flat finish)。通过分子间力将第二电光晶体206结合到第一电光晶体205的研磨的表面。将外部电源107电连接到槽状电极109，使得与槽状电极109相邻的槽状电极109具有不同的极性，从而提供电极组件106。电极组件106被夹在两个电光晶体205、206之间，并且设置在两个电光晶体205、206中。两个电光晶体205、206可以通过与嵌入其中的电极组件106具有等同折射率的粘合剂来彼此结合。

[0035]利用图9所示的布置，设置了槽状电极109，使得入射光101传播的方向和槽状电极109的纵向方向彼此交叉。然而，如图10所示，可以设置槽状电极109，使得入射光101传播的方向和槽状电极109的纵向方向彼此相同。

[0036]与第一示例的情况一样，槽状电极109以相对小的间隔分隔，槽状电极109中的每个具有相对小的横截面积，并且电光晶体205、206的电容小。

[0037]与第一示例一样，根据本示例，可以在电光晶体104中设置多个电极组件106，用于多次反射入射光，以增加消光比。图11中示出了根据本示例的具有多个电极组件106的光开关。

[0038]通过蚀刻等在第一电光晶体205的一个侧面上形成了多个槽，并且通过蒸发等在该表面上沉积包括可以是电极构件的电子导体的层。通过CMP等将电子导体已经被蒸发在其上的第一电光晶体205的表面研磨成平坦抛光面。然后，从除了槽以外的区域除去电子导体，由此形成包括多个槽状电极109的第一电极组件203。替代地，可以通过掩模构件来遮蔽除了槽以外的区域，并且然后在该表面上沉积包括可以是电极构件的电子导体的层。此后，可以除去掩模构件，并且可以通过CMP等将其中形成了电极的表面研磨成平坦抛光面。通过分子间力将具有已经以与第一电极组件203相同的方式形成的第二电极组件204的第二电光晶体206结合到与第一电极组件203相同的表面。如图11所示，电光晶体205、206具有位于光路上的第一电极组件203和第二电极组件204。通过分子间力将第三电光晶体207结合到第二电光晶体206的其中形成了第二电极组件204的表面。如此，构造了具有多个电极组件203、204的多类型光开关。

[0039]图12示出了具有如下所述地布置的多个槽状电极109的多类型光开关，即，槽状电极109被布置使得入射光101传播的方向和槽状电极109的纵向方向彼此相同。图12所示的光开关可以以与如图11所示的光开关相同的工艺来制备，图11所示的光开关具有如下所述地布置的多个槽状电极109，即，槽状电极109被布置使得入射光101传播的方向和槽状电极109的纵向方向彼此交叉。然而，由于与对图6所示的布置描述的原因相同的原因，入射角、波束直径、电极组件之间的间隔以及折射率改变部分的长度需要满足等式(3)、(4)。

[0040](第三示例)

下面将参考图13等描述本发明的第三示例。

[0041]图13是根据本发明的第三示例的光开关的平面图，并且图14是沿图13的线A-A所取的横截面视图。

[0042]如图13、14所示，光开关具有如下的堆叠结构：光学晶体片205、在其表面上设置了电极组件203a、203b的光学晶体片206、以及在其表面上设置了电极组件204a、204b的光学晶体片207。光学晶体片205至207包括具有电光效应的晶体(电光晶体)。

[0043]电极组件203a、203b中的每个包括梳状电极组件，该梳状电极组件具有多个线状电极，所述多个线状电极以等间隔分隔并且将最大面积的主要横截面设置在同一个平面中。电极组件203a和电极组件203b使各自的线状电极交替设置并且等间隔分隔。电极组件204a、204b中的每个也包括梳状电极组件并且使线状电极交替设置。电极组件204a、204b的线状电极等间隔分隔，该间隔与在电极组件203a、203b的线状电极之间的间隔相同。线状电极之间的等间隔意指在线状电极之间的距离彼此完全一致，并且线状电极之间的间隔由于制造误差等而彼此不同。

[0044]将光学晶体片205施加到光学晶体片206的表面，以覆盖其中设置了与电极组件203a、203b的梳齿相对应的线状电极的区域。光学晶体片205所施加到的光学晶体片206被施加到光学晶体片207的表面以覆盖其中设置了与电极组件204a、204b的梳齿相对应的线状电极的区域。

[0045]图13按照透视示出了如从光学晶体片205所看到的在光学晶体片206的表面上的电子组件203a、203b。包括电极组件203a、203b的第一电极形成区域在从包括电极组件204a、204b的第二电极形成区域稍微偏离的位置中形成。然而，如图14所示，如果以与沿图13的线A-A的光学晶体片205至207的横截面垂直的方向看光开关，则电极组件203a、203b的线状电极和电极组件204a、204b的线状电极位置上彼此对齐。

[0046]沿入射光传播的方向连续设置了包括电极组件203a、203b的第一电极形成区域和包括电极组件204a、204b的第二电极形成区域。换句话说，第一电极形成区域和第二电极形成区域位于光路上。如果沿入射光传播的方向看第一和第二电极形成区域，则第一和第二电极形成区域被堆叠，使得该区域的电极组件的多个线状电极的电极平面(或设置了电极组件的平面)彼此平行地延伸。如果沿入射光传播的方向看第一和第二电极形成区域，则电极组件203a、203b的线状电极和电极组件204a、204b的线状电极位置上彼此对齐。

[0047]通过在高温高压下粘结图13、14所示的光学晶体片205至207来形成光开关。在高温高压下粘结的光学晶体片205至207可以被看作单个光学晶体(具体地，电光晶体)。换句话说，通过在高温高压下粘结光学晶体片205至207可以形成其中设置了电极组件的电光晶体。

[0048]利用该光开关，当在电极组件203a、203b之间施加了电压时，由于电光效应而造成在包括电极组件203a、203b的电极的附近的晶体的折射率改变。类似地，当在电极组件204a、204b之间施加了电压时，由于电光效应而造成在包括电极组件204a、204b的电极的附近的晶体的折射率改变。

[0049]利用根据本示例的光开关，入射光被当在电极组件203a、203b之间施加电压时产生的第一折射率改变区域的边界所反射，并且已经透射穿过第一折射率改变区域的光被当在电极组件204a、204b之间施加电压时产生的第二折射率改变区域的边界所反射。因此，可获得高消光比。通过使用沿入射光传播的方向设置的三个或更多电极组件(折射率改变区域)可以进一步提高消光比。然而，由于折射率改变区域的数目增加导致电极的数目增加以及电容的增加，所以从更多功率节省和更小大小的观点，不希望折射率改变区域的数目增加。期望应当鉴于在消光比与更多功率节省和更小大小之间的关系来确定折射率改变区域的数目。

[0050]当入射光穿过电极组件203a、203b的线状电极之间时发生了衍射。如果除了已经穿过电极组件203a、203b的线状电极之间的光之外，一次衍射光被用作输出光，则提高了利用光的效率。如果线状电极由半透明或不透明电极材料制成，并且如果在光学晶体片的厚度方向上在电极组件203a、203b之间的间隔以及在电极组件204a、204b之间的间隔是不适合的，则来自电极组件203a、203b的一次衍射光被电极组件204a、204b的线状电极所阻挡。结果，降低了利用光的效率，并且因此降低了消光比。

[0051]图15是示出根据第三示例的光开关的更具体结构的示意性视图。图15示意性示出了图13所示的光开关的沿线B-B的部分横截面。

[0052]光学晶体片205至207包括具有折射率n大约是2.286的电光晶体(铌酸锂：LiNbO₃)。当通过外部电源107在线状电极之间施加200V的电压时(参见图13)，电光晶体的折射率改变了-0.O1的Δn。光学晶体片205至207的厚度可以被设置成期望值。在本示例中，光学晶体片205、207都具有100μm的厚度，并且光学晶体片206具有33μm的厚度。

[0053]入射光具有460nm的波长λ和20μm的波束直径Db。电极组件203、204的线状电极以3μm的间隔Sx分隔，并且每个都具有3μm的宽度Ew。电极组件203、204每个都具有500mm的厚度。

[0054]基于以上值，用于实现高的光利用效率并且使在第一电极组件203的线状电极和第二电极组件204的相应线状电极之间的在Z轴方向上的间隔Sz最小化的条件如下。

[0055]在通过其折射率随电场的施加而改变的电光晶体的折射率改变部分边界的折射率边界全反射了入射光时的临界角θm是84.7°，施加到电光晶体的入射光的入射角是12.3°，并且入射位置是从电极组件204开始具有90μm高度的位置。电极组件203、204的线状电极具有215μm的电极长度E1。电极长度E1可以大于215μm。

[0056]一次衍射角θd是3.8°。在第一电极组件203和第二电极组件204之间的在Y轴方向上的间隔Sy是141μm。在电极组件203、204之间的用于透射光的光路具有357μm的长度L1。

[0057]利用满足以上条件的光开关，来自电极组件203的透射光和一次衍射光必定在电极组件204的线状电极之间传播。因此，除了透射光之外，一次衍射光可以被用作输出光。结果，增加了光利用率，并且提高了消光比。

[0058][形成电极的工艺]

下面将描述形成电极的工艺，用于产生其中在光学晶体片内给定方向上布置了多个电极组件的结构。

[0059]图16(a)至(i)是示出光开关的电极形成工艺的程序的横截面图。

[0060]首先，电光晶体290的表面被涂覆抗蚀剂(图16(a)所示的步骤)。然后，通过具有电极图案的掩模292来遮蔽涂覆了抗蚀剂291的表面，并且暴露于光中(图16(b)所示的步骤)。然后，除去抗蚀剂291所暴露的区域(图16(c)所示的步骤)。

[0061]然后，使用已经从其除去了所暴露的区域的抗蚀剂291作为掩模，通过包括氟化氢等的蚀刻材料来蚀刻(图16(d)所示的步骤)电光晶体290所暴露的表面区域。

[0062]然后，在电光晶体290的被蚀刻的区域上沉积电极材料(金、铝、铂等)，从而产生电极293(图16(e)所示的步骤)。此后，除去抗蚀剂291(图16(f)所示的步骤)。然后，将电光晶体290的表面和电极293的表面研磨成相同的高度(图16(g)所示的步骤)。

[0063]然后，通过沿移动方向移动电光晶体290的其中形成电极293的表面以及电光晶体295的与电光晶体295的其中形成电极296的表面相反的表面来在位置上调整具有根据图16(a)至16(g)所示的步骤形成的电极296的电光晶体295和电光晶体290。此后，通过在高温高压下使电光晶体290、295的表面保持彼此紧密接触来将它们彼此粘结(图16(h)所示的步骤)。在该粘结步骤中，假定电光晶体290、295所要粘结的表面已经被加工成具有足够平面性的表面。

[0064]最后，通过在高温高压下使电光晶体295的其中形成电极296的表面和电光晶体297的表面保持彼此紧密接触来将电光晶体295、297彼此粘结(图16(i)所示的步骤)。在该粘结步骤中，假定电光晶体295、297所要粘结的表面已经被加工成具有足够平面性的表面。

[0065]通过应用图16(a)至16(i)所示的步骤，在图13、14所示的光学晶体片205、207中可以形成电极组件203a、203b；204a、204b，并且可以将光学晶体片205至207粘结在一起。

[0066]如上所述，可以很容易实现带状电极的形成。

[0067]根据本发明的光开关可以应用于光通信装置、图像显示装置、图像形成装置等。下面将描述图像显示装置和图像形成装置，作为应用光开关的示例。

[0068][图像显示装置]

下面将描述包括根据本发明的光开关的图像显示装置的布置。

[0069]图17是示出图像显示装置的示例的示意性视图。图17所示的图像显示装置300包括图像投影设备301和屏幕317。

[0070]图像投影设备301具有壳体301a，其中容纳了激光波束源302、303、304、准直透镜305、306、307、反射镜308、分色镜309、310、水平扫描镜315、垂直扫描镜316以及光开关318、319、320。光开关318、319、320包括根据本发明的光开关。

[0071]沿来自激光波束源302的激光波束传播的方向连续地设置准直透镜305、光开关318和反射镜308。将来自准直透镜305的平行波束施加到光开关318，光开关318响应于从未示出的控制器提供的控制信号来操作。在控制信号处于接通的时段(提供电压时段)期间，将电压施加到光开关118的电极组件，从而在其中产生折射率改变区域。折射率改变区域反射入射光使其从到反射镜308的光路偏离。在控制信号处于断开的时段(停止提供电压时段)期间，入射光透射通过光开关318朝向反射镜308。

[0072]沿来自激光波束源303的激光波束传播的方向连续地设置准直透镜306、光开关319和分色镜309。将来自准直透镜306的平行波束施加到光开关319，光开关319以与光开关318相同的方式操作。在控制信号处于接通的时段(提供电压时段)期间，折射率改变区域反射入射光使其从到分色镜309的光路偏离。在控制信号处于断开的时段(停止提供电压时段)期间，入射光透射通过光开关319朝向分色镜309。

[0073]沿来自激光波束源304的激光波束传播的方向连续地设置准直透镜307、光开关320和分色镜310。将来自准直透镜307的平行波束施加到光开关320，光开关320以与光开关318相同的方式操作。在控制信号处于接通的时段(提供电压时段)期间，折射率改变区域反射入射光使其从到分色镜310的光路偏离。在控制信号处于断开的时段(停止提供电压时段)期间，入射光透射通过光开关320朝向分色镜310。

[0074]分色镜309被设置在来自光开关319的光波束和被反射镜308反射的光波束彼此相交的位置。分色镜309具有波长选择特性，该特性反射来自光开关319的光并且透射来自反射镜308的光。

[0075]分色镜310被设置在来自光开关320的光波束和被分色镜309反射的光波束彼此相交的位置。分色镜309具有波长选择特性，该特性反射来自光开关320的光并且透射来自分色镜309的光。

[0076]水平扫描镜315被设置在来自分色镜310的光波束传播的方向上，并且它的操作受到来自未图示的控制器的水平扫描控制信号的控制。

[0077]激光波束源302、303、304包括用于发出具有与红(R：620nm)、绿(G：530nm)和蓝(B：470nm)三原色相对应的颜色的激光波束的各个光源。通过接通或断开光开关318、319、320并且还通过控制水平扫描镜315和垂直扫描镜316，可以在屏幕317上显示彩色图像。

[0078][图像形成装置]

下面将描述包括了根据本发明的光开关的图像形成装置的布置。

[0079]图18是示出图像形成装置的示例的示意性视图。该图像形成装置包括图像投影设备301、fθ透镜323和感光体324。图像投影设备301具有壳体301a，其中容纳了激光波束源302、准直透镜305、反射镜308、扫描镜322以及光开关318。光开关318包括根据本发明的光开关。

[0080]沿来自激光波束源302的激光波束(例如，具有620nm波长的红色激光波束)传播的方向连续地设置准直透镜305、光开关318和反射镜308。将来自准直透镜305的平行波束施加到光开关318，光开关318响应于从未示出的控制器提供的控制信号来操作。在控制信号处于接通的时段(提供电压时段)期间，将电压施加到光开关118的电极组件，从而在其中产生折射率改变区域。折射率改变区域反射入射光使其从到反射镜308的光路偏离。在控制信号处于断开的时段(停止提供电压时段)期间，入射光透射通过光开关318朝向反射镜308。

[0081]扫描镜322被设置在来自反射镜308的光波束传播的方向上，并且它在操作上受到来自未图示的控制器的扫描控制信号的控制。将来自扫描镜322的光通过fθ透镜323施加到感光体324。

[0082]通过打开和关闭光开关318并且还通过控制扫描镜322，可以在感光体324上形成图像。

[0083]下面将参考图19描述原型光学元件。首先，通过在具有宽度是5mm、深度是5mm和厚度是1mm的电光晶体104的表面上蚀刻来形成具有直径是大约10μm和深度大约是100μm并且彼此分隔距离是100μm的两个凹痕。然后，通过CVD在表面上沉积铝，从而形成延伸到电光晶体104中的两个针状电极105。外部电源107被连接到针状电极105，使得两个针状电极105具有不同的极性，从而产生单一类型光开关112作为原型。当改变了从外部电源107施加到针状电极105的电压时，光开关112使两个针状电极105的电极组件106改变它的折射率。

[0084]包括激光波束源的光源被设置，使得从该光源发出并且具有20μm的波束直径的光波束101在两个针状电极105之间穿过。此时，以等于或大于临界角的入射角向折射率改变部分的边界施加激光波束，该折射率改变部分通过两个针状电极105的电极组件106而产生。

[0085]当没有施加电压时，由于电极组件106并不改变折射率，所以激光波束直线传播，并且作为透射光102从电光晶体104发出。当施加了电压时，由于电极组件106改变了折射率并且反射激光波束，所以在与从电光晶体104发出透射光102的位置不同的位置处，从电光晶体104发出反射光103。光电检测器(未示出)被设置在发出透射光102的位置，并且检测光的功率作为电压。反射光103偏离设置光电检测器的位置从电光晶体104发出，并且因此并不被光电检测器检测。通过光电检测器来测量在外部电源107施加电压时透射光102的功率以及在外部电源107没有施加电压时透射光102的功率，并且计算了消光比。

[0086]图20是示出包括设置在同一光路上的图19所示的两个单一类型光开关112的多类型光开关113的视图。两个单一类型光开关112以其间大约1mm的间隔彼此相邻地设置。以等于或大于临界角的入射角向折射率改变部分的边界施加激光波束，该折射率改变部分通过每个光开关的电极组件106而生成。设置在用于激光波束的光路上的两个单一类型光开关中的每个都反射入射光101。光电检测器(未示出)被设置在发出透射光102的位置，并且测量检测到的光的功率作为电压。

[0087]图21是示出在与本发明相关的光开关以及根据本发明的示例的光开关的操作电压和消光比之间的关系的曲线图。在根据本发明的示例的电极之间的缩短的距离能够减低操作电压。从该曲线图可以看出，如图1所示，相比于在厚度大约是1mm的电光晶体的相对侧表面上具有电极的光开关的情况下，操作电压至少低大约1/10。

[0088]图22是示出在水平轴上的操作电压和在垂直轴上的消光比之间绘制的关系的曲线图。从通过光电检测器产生的电压值来计算消光比，该光电检测器检测在向电极组件102施加电压时的透射光102以及检测在没有向电极组件102施加电压时的透射光102。从图22可以看出，多类型光开关以比单一类型光开关更高的消光比来操作。

[0089]仅通过示例的方式说明了上述示例性实施例和示例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以改变它们的布置。

[0090]本发明要求基于2007年6月19日提交的日本专利申请No.2007-161590的优先权，并且在此通过引用的方式将其全部并入本公开。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种光开关，所述光开关用于通过向电光晶体施加电场以由此改变所述电光晶体的折射率而在被施加到所述电光晶体的入射光的透射和全反射之间切换，所述光开关包括：

电极组件，用于向所述电光晶体施加所述电场，所述电极组件包括设置在所述电光晶体中的多个电极。

2.根据权利要求1所述的光开关，其中，所述电光晶体具有折射率改变部分，所述折射率改变部分的折射率被由所述电极组件施加的所述电场改变，所述折射率改变部分包围了所述电极组件整体，并且所述折射率改变部分具有平坦的折射率边界面。

3.根据权利要求1或2所述的光开关，其中，所述电极排列成直线，并且向所述电极施加电压，使得与所述电极相邻的电极具有不同的极性。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光开关，其中，多个所述电极组件被设置在所述入射光的光路上。

5.根据权利要求4所述的光开关，其中，所述电极组件彼此以是所述电极组件的所述电极之间的距离的至少三倍的间隔而分隔。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光开关，其中，所述电极包括针状或带状电子导体。

7.一种光开关，所述光开关用于通过向电光晶体施加电场以由此改变所述电光晶体的折射率而在被施加到所述电光晶体的入射光的透射和全反射之间切换，所述光开关包括：

电极组件，所述电极组件设置在所述电光晶体中并且包括多个电极，所述多个电极具有在一个平面中设置的最大面积的主要横截面。

8.根据权利要求7所述的光开关，其中，所述电光晶体具有折射率改变部分，所述折射率改变部分的折射率被由所述电极组件施加的所述电场改变，所述折射率改变部分包围了所述电极组件整体，并且

所述折射率改变部分控制以等于或大于临界角的角度而施加到所述电极组件的所述入射光的透射和反射，所述临界角从在没有受到施加到所述电光晶体的所述电场影响的晶体区域的折射率和所述折射率改变部分的折射率之间的关系来确定。

9.根据权利要求7或8所述的光开关，其中，所述电极排列成直线，并且向所述电极施加电压，使得与所述电极相邻的电极具有不同的极性。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的光开关，其中，多个所述电极组件被设置在所述入射光的光路上。

11.根据权利要求10所述的光开关，其中，所述电极组件彼此以是所述电极组件的所述电极之间的距离的至少三倍的间隔而分隔。

12.根据权利要求7至11中的任一项所述的光开关，其中，所述电极包括针状或带状电子导体。

Claims (11)

1.一种光开关，所述光开关用于通过向电光晶体施加电场以由此改变所述电光晶体的折射率而在被施加到所述电光晶体的入射光的透射和全反射之间切换，所述光开关包括：

多个电极，所述多个电极设置在所述电光晶体中以提供用于向所述电光晶体施加所述电场的电极组件；

其中，所述电光晶体具有折射率改变部分，所述折射率改变部分的折射率被由所述电极组件施加的所述电场改变，所述折射率改变部分包围了所述电极组件整体，并且所述折射率改变部分具有平坦的折射率边界面。

2.根据权利要求1所述的光开关，其中，所述电极排列成直线，并且向所述电极施加电压，使得与所述电极相邻的电极具有不同的极性。

3.根据权利要求1或2所述的光开关，其中，多个所述电极组件被设置在所述入射光的光路上。

4.根据权利要求3所述的光开关，其中，所述电极组件彼此以是所述电极组件的所述电极之间的距离的至少三倍的间隔而分隔。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光开关，其中，所述电极包括针状或带状电子导体。

6.一种光开关，所述光开关用于通过向电光晶体施加电场以由此改变所述电光晶体的折射率而在被施加到所述电光晶体的入射光的透射和全反射之间切换，所述光开关包括：

电极组件，所述电极组件设置在所述电光晶体中并且包括多个电极，所述多个电极具有在一个平面中设置的最大面积的主要横截面。

7.根据权利要求6所述的光开关，其中，所述电光晶体具有折射率改变部分，所述折射率改变部分的折射率被由所述电极组件施加的所述电场改变，所述折射率改变部分包围了所述电极组件整体，并且

所述折射率改变部分控制以等于或大于临界角的角度而施加到所述电极组件的所述入射光的透射和反射，所述临界角从在没有受到施加到所述电光晶体的所述电场影响的晶体区域的折射率和所述折射率改变部分的折射率之间的关系来确定。

8.根据权利要求6或7所述的光开关，其中，所述电极排列成直线，并且向所述电极施加电压，使得与所述电极相邻的电极具有不同的极性。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的光开关，其中，多个所述电极组件被设置在所述入射光的光路上。

10.根据权利要求9所述的光开关，其中，所述电极组件彼此以是所述电极组件的所述电极之间的距离的至少三倍的间隔而分隔。

11.根据权利要求6至10中的任一项所述的光开关，其中，所述电极包括针状或带状电子导体。

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