CN104246596A - 光偏向元件及光偏向装置 - Google Patents

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Abstract

一种光偏向元件，包括：基板；采用电光材料、构成形成在基板上的光波导的光波导膜；在光波导膜的膜厚方向上相对置地配置于光波导膜的射入侧，基于第1施加电压使在光波导膜中传播的光束在光波导膜的面内方向偏向的第1电极对；在光波导膜的膜厚方向相对置地配置于光波导膜的射出侧，基于第2施加电压使通过第1电极在光波导膜的面内方向已被偏向的光束在光波导膜的膜厚方向偏向的第2电极对，其中，第2电极对包含第1电极和第2电极；第1电极和第2电极在光波导膜中传播的光束的行进方向上以不同的长度而形成。

Description

光偏向元件及光偏向装置
技术领域
本发明涉及一种光偏向元件及光偏向装置，尤其是涉及通过电光效应可以使射入光波导(optical waveguide)内的光束二维偏向的光偏向元件及光偏向装置。该光偏向元件可以用于包含激光打印机、投影仪、激光扫描显微镜、利用光学相干断层扫描的光学诊断装置、光学通信用开关元件等的光学设备上。
背景技术
根据输入信号能使光束以任意的角度扫描的光偏向元件被用于各种各样的用途，是构成例如，激光打印机、投影仪及显示器等的影像设备、激光扫描显微镜、利用光记录等的光学头、利用光学相干断层扫描等的光学诊断装置、光学通信用开关元件、各种传感装置等时的基本元件。这些光偏向元件大致分为诸如振动式电流计、多面镜、MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)镜等的机械式偏向元件和诸如音响光学元件或电光元件等的非机械式光偏向元件。
在此，对具有驱动上述镜的机构的机械式偏向元件而言，元件的小型化困难、功耗也很大，并且因为使用镜，所以不能期待扫描的高速化。另外，音响光学元件虽然与机械式偏向元件相比可以实现高速化，但是，由于具有利用音响光学效应的超声波产生部分，所以元件的小型化困难，此外，由于需要数百MHz的弹性波激励信号，所以驱动系统复杂且庞大。
另一方面，作为与利用上述音响光学效应的音响光学元件相比，可以高速地使光偏向的元件，存在一种电光元件，即，利用具有电光效应(EO(Electro-Optic)效应)的电光材料(以后，称为“电光晶体”)的光偏向元件。作为对该电光元件所期待的性能，可举出，可广角扫描、可高速扫描、能以低功耗或低电压的输入信号工作、小型、耐冲击性强等。
使用上述电光元件的光偏向元件，利用通过对物质施加电场其折射率变化的电光效应，控制光的行进方向。以下，对作为电光元件所使用的代表性的以往技术进行说明。
首先，有一种电光元件，在铌酸锂(LiNbO3∶LN)、铌酸钾(KNbO3)、钽酸铌酸钾(KTa1-xNbxO3∶KTN)等的电光晶体的表面形成棱柱形状的电极，或在电光晶体上将棱柱形状等的极化反转区域图案化。该电光元件通过对电极或极化反转区域施加电压，引起折射率变化，使光偏向。
例如，在专利文献1中，如图12所示，在由掺氧化镁铌酸锂构成的光波导层101形成棱柱型的极化反转区域102，并在光波导层101的上面及下面成膜上部电极和下部电极，通过对上部电极及下部电极施加电压，实现相对于光波导层101的表面在水平方向(图12的xy面方向)的光偏向。
其次，在非专利文献1中，作为电光元件的一种，提出了利用空间电荷控制导电的光偏向元件。该光偏向元件是利用通过向电光晶体的电子注入，基于电光效应的折射率变化发生倾斜，从而产生广角的光偏向的现象的光偏向元件。具体而言，如图13所示，在具有较大的电光效应的KTN晶体基板103的上下面成膜金属电极104，通过对金属电极104施加电压，实现在基板103的膜厚方向(图13的z轴方向)的光偏向。
此外，专利文献2也提出了利用空间电荷控制导电的光偏向元件。在该光偏向元件中，如图14所示，在电光物质105的上下面(与图14的xy面平行的面)设置电极106，并在与电极106垂直的侧面(与图14的yz面平行的面)设置电极107，通过对电极106及电极107施加电压，实现在电光物质105的膜厚方向(图14的z轴方向)和电光物质105的表面的水平方向(图14的xy面方向)的二维的光偏向。
并且，专利文献3也提出了利用空间电荷控制导电的光偏向元件。在该光偏向元件中，使电光材料在溶液中结晶成长而生成电光晶体，并在电光晶体上设置电极，通过对电极施加电压，实现二维的光偏向。
然而，在上述的任意一种以往技术中，都没能实现一种利用一个基板以低驱动电压可使光束高速地二维偏向的小型的光偏向元件。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2012-58651号
专利文献2：日本专利公开公报特开2009-20442号
专利文献3：国际专利公开公报第2006/137408号。
非专利文献
非专利文献1：K.Nakamura et al.“Wide-angle low-voltage electro-optic beamdeflection based on space-charge-controlled mode of electrical condition inKTa1-xNbxO3”applied Phys.Lett.89，131115(2006)
发明内容
本发明为解决上述问题而作，其目的在于提供一种利用一个基板以低驱动电压可使光束高速地二维偏向的小型的光偏向元件。
本发明的一方面所涉及的光偏向元件，包括：基板；光波导膜，采用电光材料，构成形成在所述基板上的光波导；第1电极对，在所述光波导膜的膜厚方向上相对置地配置于所述光波导膜的射入侧，基于第1施加电压使在所述光波导膜中传播的光束在所述光波导膜的面内方向偏向；第2电极对，在所述光波导膜的膜厚方向上相对置地配置于所述光波导膜的射出侧，基于第2施加电压使通过所述第1电极对在所述光波导膜的面内方向已被偏向的光束在所述光波导膜的膜厚方向偏向，其中，所述第2电极对包含第1电极和第2电极；所述第1电极和所述第2电极以在所述光波导膜中传播的光束的行进方向上不同的长度而形成。
根据以上结构，可以实现利用一个基板以低驱动电压可使光束高速地二维偏向的小型的光偏向元件。
附图说明
图1是本发明第1实施例所涉及的光偏向元件的立体图。
图2是图1的沿II-II线的光偏向元件的剖面图。
图3是用于说明图1所示的光偏向元件的作用的俯视图。
图4是用于说明图1所示的光偏向元件的作用的沿图1的II-II线的光偏向元件的剖面图。
图5是用于说明图1所示的光偏向元件制造工序的第1立体图。
图6是用于说明图1所示的光偏向元件制造工序的第2立体图。
图7是用于说明图1所示的光偏向元件制造工序的第3立体图。
图8是用于说明图1所示的光偏向元件制造工序的第4立体图。
图9是用于说明图1所示的光偏向元件制造工序的第5立体图。
图10是表示使用图1所示的光偏向元件的光偏向装置的一个例子的概略结构图。
图11是本发明第2实施例所涉及的光偏向元件的主要部分剖面图。
图12是表示使用传统的电光晶体的光偏向元件的立体图。
图13是表示基于使用传统的电光晶体的空间电荷控制导电的光偏向元件的一维光偏向的作用的主要部分剖面图。
图14是表示基于使用传统的电光晶体的空间电荷控制导电的光偏向元件的二维光偏向的作用的立体图。
具体实施方式
以下，用实施例对本发明更为具体地进行说明，但是，本发明并不仅仅局限于这些实施例。
(得出本发明的实施方式的经过)
1、一维的光偏向技术
在专利文献1中，通过设置一对电极，实现相对于光波导层101的表面在水平方向(图12的xy面方向)的光偏向。然而，专利文献1中，由于只不过是使用了一对电极，所以没有达到二维的光偏向。即，虽然相对于光波导层101的表面在水平方向使光偏向了，但是，相对于光波导层101的表面在垂直方向上没有光偏向。
另外，在非专利文献1中，通过设置一对金属电极104，实现在KTN晶体基板103的膜厚方向(图13的z轴方向)的光偏向。然而，因为只不过是使用了一对金属电极104，所以，非专利文献1也没能实现二维的光偏向。即，虽然相对于KTN晶体基板103的表面在垂直方向使光偏向了，但是，相对于KTN晶体基板103的表面在水平方向上没有光偏向。
如上所述，光的偏向方向仅限于相对于设置了电极的电光晶体的基板表面在水平或垂直的一维方向。因此，存在因光的偏向方向仅限于一维方向，光的偏向角度较小的问题。
并且，在上述的非专利文献1中，由于是利用了电光晶体的空间电荷控制导电的光偏向元件，因此为了得到较大的偏向角，需要使电光晶体的膜厚比较厚(例如，1mm以上)，驱动电压变大。即，一般的情况下，当使用利用电光效应的光偏向元件时，光偏向元件的膜厚在数百μm左右，但是，与此相比，在利用了空间电荷控制导电的光偏向元件中，由于无法使电光晶体的厚度变薄，所以，不能降低驱动电压。
2、二维的光偏向技术
对此，专利文献2实现了相对于电光物质105的膜厚方向(图14的z轴方向)和电光物质105的表面的水平方向(图14的xy面方向)的二维的光偏向。然而，如果想要实现图14所示的光偏向元件，则元件的尺寸会变大，随之而来，驱动电压变高，因此不实用。
即，如果使电光物质105的厚度变薄，则可降低电极106之间的施加电压，从而使低电压的驱动成为可能。然而，随着电光物质105的薄膜化，设置在薄膜化后的电光物质105的侧面(与图14的yz面平行的而)的电极107的面积缩小。因此，无法得到为获得所期望的偏向角而需要的充分的棱柱区域。此外，如果想要在电极106之间、电极107之间都确保为获得所期望的偏向角而需要的充分的棱柱区域，则由于如图14所示，电光物质105的厚度变厚，因此施加电压变高。
此外，在专利文献2中，为了实现在厚度方向的光偏向，电光物质105作为通过施加电压所产生的电场使折射率分布在深度方向线性变化的光偏向器而发挥其功能。即，上述专利文献2所公开的技术和非专利文献1一样，是利用了空间电荷控制导电的光偏向元件。因此，对于折射率分布在深度方向线性变化的利用空间电荷控制导电的光偏向元件，为了获得较大的偏向角必须使电光晶体的膜厚变厚(例如，1mm以上)，从而驱动电压变大。
即，一般情况下，在使用利用了电光效应的光偏向元件时，光偏向元件的膜厚在数百μm左右，但与此相比较，专利文献2的光偏向元件，因为不能使电光材料的厚度变薄，所以，不能降低驱动电压。
并且，专利文献2所示的光偏向元件需要在电光物质105的膜厚方向的侧面(与图14的yz面平行的面)制作一对电极107。然而，在专利文献2中，是使电光材料在溶液中结晶成长而生成电光晶体。因此，在制作电光元件时，需要从电光晶体切出长方体的电光物质105。即使能平行地切出电光物质105的成对的面(例如，与图14的xy面平行的面)，也难以切出与该成对的面相垂直的侧面(例如，与图14的yz面平行的面)。因此，在电光物质105的侧面平行地设置一对电极107存在困难，并且在与电极106垂直的方向制作一对电极107就极为困难。
同样，专利文献3也是利用了空间电荷控制导电的光偏向元件。在专利文献3中，使电光材料在溶液中结晶成长而生成电光晶体。其结果，电光晶体的膜厚变厚，例如以0.5mm的厚度而形成。因此，需要较高的驱动电压(例如，100V)。
此外，利用了空间电荷控制导电的光偏向元件还存在偏向角相对于驱动电压较小的问题。专利文献3所使用的电光晶体，例如，在以0.5mm的厚度、100V以上的驱动电压下的折射率变化为基准的情况下，60V左右的驱动电压下，折射率变化减少到1/5以下。即，如果降低驱动电压，则折射率变化变小，导致无法得到所希望的光偏向。其结果，如果膜厚增厚，则不能得到所希望的偏向角。此时，无法达到高效地增大光束偏向的专利文献3的目的。
在以上研究的基础上，本发明的发明人想到了以下的本发明的实施方式。
即，本发明的一方面所涉及的光偏向元件包括：基板；光波导膜，采用电光材料，构成形成在所述基板上的光波导；第1电极对，在所述光波导膜的膜厚方向上相对置地配置于所述光波导膜的射入侧，基于第1施加电压使在所述光波导膜中传播的光束在所述光波导膜的面内方向(in-plane direction)偏向；第2电极对，在所述光波导膜的膜厚方向上相对置地配置于所述光波导膜的射出侧，基于第2施加电压使通过所述第1电板对在所述光波导膜的面内方向已被偏向的光束在所述光波导膜的膜厚方向偏向，其中，所述第2电极对包含第1电极和第2电极；所述第1电极和所述第2电极在所述光波导膜中传播的光束的行进方向上以不同的长度而形成。
根据本实施方式，由于在构成形成在一个基板上的光波导的光波导膜的膜厚方向上相对置地配置第1电极对及第2电极对，可以在膜厚方向共同施加电压，因此，可以使光波导膜的膜厚变薄，可以实现光波导的薄膜化。
另外，因为将使光束在光波导膜的面内方向、例如相对于基板主面在水平方向偏向的第1电极对和使光束在光波导膜的膜厚方向、例如相对于基板主面在垂直方向偏向的第2电极对在膜厚方向上相对置地配置，所以，既可以使光偏向元件小型化，又可以将光束高速地二维偏向。
在此，因为第2电极对包含第1电极和第2电极，第1电极和第2电极在光波导膜中传播的光束的行进方向上以不同的长度而形成，所以，向第1电极和第2电极之间形成的棱柱区域入射的光的角度与从棱柱区域射出的光的角度不同。因此，由于通过第1电极和第2电极形成的棱柱区域的光的偏向角度变大，所以，采用电光材料的光波导膜的膜厚变薄，将第1电极对和第2电极对这两个电极对在光导波膜的膜厚方向相对置地配置，即使对两个电极施加低驱动电压，也可以得到足够的偏向角。
另外，因为是在一个基板上形成一个光波导膜，并在光波导膜的上下面形成两个电极对，所以，能以简便且低成本的过程制作光偏向元件。
上述的结果可以实现使用一个基板，以低驱动电压使光束高速地二维偏向的小型的光偏向元件。另外，本发明的光偏向元件可以广泛地用于包含激光打印机、投影仪、激光扫描显微镜、利用了光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography)的光学诊断装置、光学通信用开关元件等的光学设备。
此外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的方式中可以为，例如，所述光波导膜的厚度在1μm以上10μm以下。此时，波导模式在光波导膜内不是单一模式，既可以传播光束，又能以低驱动电压进行驱动。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的方式中可以为，例如所述第1电极和所述第2电极为金属电极。在这种情况下，能够使光在光波导膜内有效地传播。
此外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的方式中可以为，例如，所述第1电极被设置在所述光波导膜的所述基板一侧，所述第2电极被设置在所述光波导膜的与所述基板相对置的一侧，所述第1电极在所述光波导膜中传播的光束的行进方向的长度比所述第2电极在所述行进方向的长度长。
此时，将基板一侧作为底边，可以形成具有底边比上边长的梯形的剖面形状的棱柱区域。如果形成具有这种梯形剖面形状的棱柱区域，可以在向由第2电极对形成的棱柱区域的射入和从棱柱区域的射出的两个阶段产生光的偏向。因此，可以使射出光向所期望的方向较大地弯折。其结果，即使由电光材料构成的光波导膜的膜厚变薄，也能以低驱动电压使射出光较大地弯折。
另一方面，与具有梯形剖面形状的棱柱区域不同，以往的长方体的光偏向元件只能在射入射出的两个阶段改变光路。因此，在上述以往技术中，为了较大地弯折光路，必须增厚电光晶体的膜厚。而如本方式所示，如果形成具有梯形剖面形状的棱柱区域，则可以阶段性地改变射出光的光路。即，可以在从由第1电极对形成的棱柱区域的射出、向由第2电极对形成的棱柱区域的射入、从由第2电极对形成的棱柱区域的射出的三个阶段取得不同的光路，其结果，可以使射出光的光路较大地弯折。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的方式中可以为，例如，所述第1电极被设置在所述光波导膜的所述基板一侧，所述第2电极被设置在所述光波导膜的与所述基板相对置的一侧，所述第1电极在所述光波导膜中传播的光束的行进方向的长度比所述第2电极在所述行进方向的长度短。
此时，将基板一侧作为底边，可以形成具有底边比上边短的梯形的剖面形状的棱柱区域。如果形成具有这种梯形剖面形状的棱柱区域，可以在向由第2电极对形成的棱柱区域的射入和从棱柱区域的射出的两个阶段产生光的偏向。因此，可以使射出光向所期望的方向较大地弯折。其结果，即使由电光材料构成的光波导膜的膜厚变薄，也能以低驱动电压使射出光较大地弯折。
另一方面，与具有梯形剖面形状的棱柱区域不同，以往的长方体的光偏向元件只能在射入射出的两个阶段改变光路。因此，在上述以往技术中，为了较大地弯折光路，必须增厚电光晶体的膜厚。而如本方式所示，如果形成具有梯形剖面形状的棱柱区域，则可以阶段性地改变射出光的光路。即，可以在从由第1电极对形成的棱柱区域的射出、向由第2电极对形成的棱柱区域的射入、从由第2电极对形成的棱柱区域的射出的三个阶段取得不同的光路，其结果，可以将射出光的光路较大地弯折。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，例如，所述第1电极被形成为四角形状，所述第2电极被形成为面积比所述第1电极的四角形状的面积小的四角形状，所述第1电极和所述第2电极通过被施加所述第2施加电压，在所述光波导膜的被夹在所述第1电极和所述第2电极之间的区域，形成沿着在所述光波导膜中传播的光束的行进方向的剖面为梯形形状的四角柱的棱柱。
此时，因为通过第2电极以面积比第1电极的四角形状的面积小的四角形状形成，在光波导膜的被夹在第1电极和第2电极之间的区域，形成沿着在光波导膜中传播的光束的行进方向的剖面为梯形形状的四角柱的棱柱，所以，可以将成为四角柱棱柱的棱柱区域的剖面形状形成为具有任意形状的梯形。如果形成具有这种梯形剖面形状的棱柱区域，则可以在向由第2电极对形成的棱柱区域的射入和从棱柱区域的射出的两个阶段产生光的偏向。因此，可以使射出光向所期望的方向较大地弯折。其结果，即使由电光材料构成的光波导膜的膜厚变薄，也能以低驱动电压使射出光较大地弯曲。
另一方面，与具有梯形剖面形状的棱柱区域不同，以往的长方体的光偏向元件只能在射入射出的两个阶段改变光路。因此，在上述以往技术中，为了较大地弯折光路，必须增厚电光晶体的膜厚。而如本方式所示，如果形成具有梯形剖面形状的棱柱区域，则可以阶段性地改变射出光的光路。即，可以在从由第1电极对形成的棱柱区域的射出、向由第2电极对形成的棱柱区域的射入、从由第2电极对形成的棱柱区域的射出的三个阶段取得不同的光路，其结果，可以将射出光的光路较大地弯折。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的方式中可以为，例如，所述第1电极被设置在所述光波导膜的所述基板一侧，所述第2电极被设置在所述光波导膜的与所述基板相对置的一侧。
此时，可以在第1电极和第2电极之间的光波导膜内一边高效地传播光束，一边使射出光弯折。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，例如，所述第2电极与所述第1电极在所述光波导膜中传播的光束的行进方向的中央区域相对置地加以配置。
此时，可以形成具有以与基板的主面垂直的垂直方向的法线为中心对称的梯形剖面形状的棱柱区域。其结果，由于可以形成具有底角相等的梯形剖面形状的棱柱区域，因此，容易进行射出光的行进方向的控制。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的方式中可以为，例如，所述光波导膜的被夹在所述第1电极对之间的棱柱区域的折射率，随着所述第1施加电压被施加于所述第1电极对而发生变化，所述光波导膜的被夹在所述第2电极对之间的棱柱区域的折射率，随着所述第2施加电压被施加于所述第2电极对而发生变化。
此时，对于在一个基板上形成的一个光波导膜，可以形成通过第1施加电压使折射率变化的棱柱区域和通过第2施加电压使折射率变化的棱柱区域。在此，如果通过对第1电极对施加的第1电压使光波导膜的第1电极对之间的棱柱区域的折射率变化，则可以使光束的方向例如在与基板的主面相平行的面内弯折。此外，如果通过对第2电极对施加的第2电压使光波导膜的第2电极对之间的棱柱区域的折射率变化，则可以使射出光在与通过第1电极对而被弯折的光束方向不同的方向、例如，与基板的主面相垂直方向弯折。其结果，即使是小型，也可以实现能够高效地二维偏向的光偏向元件。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，例如，所述第1电极对以各电极都呈同一形状的三角形状而形成，所述第1电极对，通过被施加所述第1施加电压，在所述光波导膜的被夹在所述第1电极对之间的区域形成三角柱的棱柱。在这种情况下，可以使光束相对于基板的主面在水平方向偏向。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，例如，所述第1电极和所述第2电极通过被施加所述第2施加电压，在所述光波导膜的被夹在所述第1电极和所述第2电极之间的区域，形成具有与所述第2施加电压被施加前的所述光波导膜的折射率不同的折射率的棱柱区域，所述棱柱区域具有作为所述光波导膜的所述棱柱区域没有被形成的部分和所述棱柱区域的边界的第1边界面及第2边界面，所述第1边界面及所述第2边界面相对于所述光波导膜的膜厚方向倾斜，射入所述棱柱区域的光束在所述第1边界面被向所述光波导膜的膜厚方向偏向，在所述第2边界面被向所述光波导膜的膜厚方向偏向。
此时，因为在光波导膜的面内方向偏向的光束在通过棱柱区域的第1边界面及第2边界面时可以偏向，即，在向棱柱区域的第1边界面的射入和从棱柱区域的第2边界面射出的两个阶段使光束在光波导膜的膜厚方向偏向，因此，可以使射出光向所期望的方向较大地弯折，即使光波导膜的厚度变薄，也能以低驱动电压使射出光较大地弯折。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，例如，所述基板具有比所述光波导膜的折射率小的折射率。在这种情况下，能以光波导膜为核心高效地传播光束。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，例如，所述第1电极对及所述第2电极对具有比所述光波导膜的折射率小的折射率。在这种情况下，能以光波导膜为核心高效地传播光束。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，例如，所述第1电极对及所述第2电极分别被设置有多个。
此时，由于通过多个第1电极对及多个第2电极对而形成多数的棱柱区域，射出光的偏向角为各棱柱区域的折射角的总和，因此可以使射出的偏向角大幅地增加。即，因为能够进一步增加偏向角，所以在更广的范围内的二维光偏向成为可能，从而能够使光束扫描的区域增大。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，例如，还包括形成在所述光波导膜和所述第1电极对之间及所述光波导膜和所述第2电极对之间的覆层。
在这种情况下，可以防止电磁场向第1电极对以及第2电极的渗漏，避免传播光的吸收。其结果，可以抑制光波导膜中的传播损耗，提高光的利用效率。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向元件在上述的任何方式中可以为，形成所述光波导膜的所述电光材料具有KTa1-xNbxO3的组成，其中，x为0＜x＜1。
在这种情况下，可以将使光波导膜的折射率变化时所需要的电压抑制得较低。其结果，可以提供能实现低驱动电压的光偏向元件。
另外，本发明的一方面所涉及的光偏向装置包括：光源；使从所述光源射入的光偏向的如上述的任一项所述的光偏向元件；设置在所述光偏向元件的光射入侧和光射出侧的至少其中之一的光学系统；向所述光偏向元件施加所述第1施加电压及所述第2施加电压，驱动所述光偏向元件的驱动装置。
此时，可以任意进行第1施加电压的光偏向和第2施加电压的光偏向，可以实现自由的二维偏向。例如，在进行水平扫描及垂直扫描的二维光偏向时，光偏向元件可以任意进行水平扫描的水平方向的光偏向和垂直扫描的垂直方向的光偏向，可以实现自由的二维偏向。
(第1实施例)
以下，利用图1至图10对本发明第1实施例的光偏向元件及光偏向装置的结构详细地进行说明。
图1是本发明第1实施例所涉及的光偏向元件的立体图，图2是沿图1的II-II线的光偏向元件的剖面图。图3是用于说明图1所示的光偏向元件的作用的俯视图，图4是用于说明图1所示的光偏向元件的作用的沿图1的II-II线的光偏向元件的剖面图。图5至9是用于说明图1所示的光偏向元件的制造工序的第1至第5的立体图。图10是表示使用图1所示的光偏向元件的光偏向装置的一个例子的概略结构图。
首先，对第1实施例的光偏向元件10进行说明。第1实施例的光偏向元件10如图1及图2所示，包括：基板11；采用电光材料的构成形成在基板11上的光波导的光波导膜14；第1电极对12和第2电极对13，所述第1电极对12在光波导膜14的膜厚方向(例如，图1及图2的z轴方向)上相对置地配置于光波导膜14的射入侧，基于第1施加电压使在光波导膜14中传播的光束在光波导膜14的面内方向(与光波导膜14的膜厚方向的垂直的方向，例如，图1及图2的xy面方向)偏向，所述第2电极对13在光波导膜14的膜厚方向上相对置地配置于光波导膜14的射出侧，基于第2施加电压使通过第1电极对12在光波导膜14的面内方向已被偏向的光束在光波导膜14的膜厚方向偏向。
而且，通过在图1及图2中没有图示的电压控制装置(例如，图10所示的驱动装置22)，对光偏向元件10的第1电极对12和第2电极对13施加与光束的偏向角相对应的第1施加电压及第2施加电压。
第1电极对12由第1下部电极12a和第1上部电极12b构成，第2电极对13由第2下部电极13a和第2上部电极13b构成。第1下部电极12a、第1上部电极12b、第2下部电极13a以及第2上部电极13b各自分别形成。
光波导膜14形成在具备第1下部电极12a和第2下部电极13a的基板11上，第1上部电极12b和第2上部电极13b被形成在光波导膜14上。第2下部电极13a和第2上部电极13b在光波导膜14中传播的光束的行进方向(例如，图1及图2的y轴方向)上以不同的长度而形成。
第2下部电极13a被设置于光波导膜14的基板11侧，第2上部电极13b被设置于光波导膜14的与基板11相对置的一侧，第2下部电极13a在光波导膜14中传播的光束的行进方向的长度比第2上部电极13b在该行进方向的长度长。第2上部电极13b与第2下部电极13a在光波导膜14中传播的光束的行进方向的中央区域相对置地加以配置。
具体而言，在光波导膜14的光射入侧的上面及与该面对置的下面形成直角三角形状的第1电极对12(第1下部电极12a和第1上部电极12b)，使底边与光传播方向(图1及图2的y轴方向)即在光波导膜14中传播的光束的行进方向正交且位于光射入侧。此外，在第1电极对12的光传播方向的下游侧，分别形成在光传播方向上长度不同的非对称的四角形状的第2电极对13(第2下部电极13a和第2上部电极13b)。
通过这样配置，如下文所述，通过一个基板11使光束高速地二维偏向成为可能，从而可以使光偏向元件10小型化。
另外，在光波导膜14中传播的光束的行进方向的第2下部电极13a和第2上部电极13b的长度的关系，并不特别限定于上述的例子，只要在光波导膜14中传播的光束的行进方向上以不同的长度形成即可。例如，第2下部电极被设置在光波导膜14的基板11侧，第2上部电极被设置在光波导膜14的与基板11相对置的一侧，第2下部电极在光波导膜14中传播的光束的行进方向的长度可以比的第2上部电极在该行进方向的长度短。此时，也可以达到与上述同样的效果。
另外，第1电极对12的形状并不特别限定于直角三角形，例如，也可以形成其它形状的三角形、或朝着光传播方向逐渐变窄的形状、逐渐变宽的形状，或逐渐变宽后再变窄的形状的第1电极对。
其次，作为第1实施例的光偏向元件10的基板11的材料，以使用可将构成第1下部电极12a及第2下部电极13a的导电性单晶薄膜或半导电性单晶薄膜作为取向附生薄膜(epitaxial film)来形成的材料为宜。作为可以保持该取向附生关系的条件，虽然最好是基板11的材料的晶体结构与形成第1下部电极12a及第2下部电极13a的材料及形成光波导膜14的电光材料的晶体结构相类似，这些材料的晶格常数之差在10％以下，但是并不一定非要遵守该关系，也可以通过使第1下部电极12a及第2下部电极13a在基板11上取向附生生长，来保持取向附生关系。
具体而言，作为基板11的材料，可以使用Al2O3、SrTiO3等氧化物、Si、Ge、钻石等单体半导体、GaAs、InP、InSb、AlGaAs等III-V系列的化合物半导体等。此外，在形成光波导(光波导膜14)的电光材料为氧化物时，优选基板11的材料使用氧化物，并且，以具有比光波导膜14小的折射率的材料为宜。例如，在本实施例中，基板11使用了Al2O3。
如上所述，基板11以具有比光波导膜14小的折射率为宜。通过使基板11的折射率比光波导膜14的折射率小，能以光波导膜14为核心(core)高效地传播光束。
其次，作为光偏向元件10的第1下部电极12a及第2下部电极的13a的材料，可以使用具有比形成光波导(光波导膜14)的电光材料小的折射率，能够在基板11上将导电性单晶体薄膜或半导电性单晶体薄膜作为取向附生薄膜来形成的材料。作为可以保持该取向附生关系的条件，优选电极(第1下部电极12a及第2下部电极的13a)的材料的晶体结构与基板11的材料及形成光波导膜14的电光材料的晶体结构相类似，这些材料的晶格常数之差在10％以下，但是并不是一定要遵守该关系，也可以通过使第1下部电极12a及第2下部电极13a在基板11上取向附生生长，来保持取向附生关系。
具体而言，作为第1下部电极12a及第2下部电极13a的材料，可以使用Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Pd、Ag、Ta、W、Pt、Au等各种金属或这些金属的合金，或者具有比光波导膜14小的折射率的ITO或Al掺杂ZnO等的透明氧化物。尤其在将Al2O3，SrTiO3等的氧化物用于基板11时，第1下部电极12a和第2下部电极13a最好使用Pt。例如，在本实施例中，第1下部电极12a和第2下部电极13a使用了Pt。
如上所述，作为光偏向元件10的第1上部电极12b和第2上部电极13b的材料，可以使用Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Pd、Ag、Ta、W、Pt、Au等各种金属或这些金属的合金，或者具有比光波导膜14小的折射率的ITO或Al掺杂ZnO等的透明氧化物。但是，第1上部电极12b及第2上部电极13b也可以不是一定与形成光波导膜14的电光材料取向附生的薄膜。
另外，虽然第1上部电极12b及第2上部电极13b可以用金属形成，但是，尤其在光波导膜14上设置有金属构成的电极时，如果光波导膜14中的光的振动数超过金属的等离子振动数，则随着光传播，渗漏到金属电极中的成分被金属电极中的担体强力地吸收，造成传播损耗。因此，第1上部电极12b及第2上部电极13b的材料以使用ITO或AI掺杂ZnO等的透明氧化物为宜。例如，在本实施例中，第1上部电极12b和第2上部电极13b使用了ITO。
另外，第1电极对12和第2电极对13以具有比光波导膜14小的折射率为直。通过使第1电极对12及第2电极对13的折射率比光波导膜14的折射率小，能以光波导膜14为核心高效地传播光束。
在此，第1电极对12以三角形状而形成，通过对第1电极对12施加指定的电压(第1施加电压)，可以形成折射率与周围区域的折射率不同的棱柱区域15a。
即，光波导膜14的被夹在第1电极对12之间的棱柱区域15a的折射率通过对第1电极对12施加第1施加电压而变化。在此，由于第1电极对12的一对电极都是以同一形状的三角形状形成，所以，第1电极对12通过被施加第1施加电压，可以在光波导膜14的被夹在第1电极对12之间的区域形成三角柱的棱柱(棱柱区域15a)。
另外，第2电极对13分别以在光传播方向上长度不同的非对称的四角形状而形成，通过对第2电极对13施加指定的电压(第2施加电压)，可以形成折射率与周围区域的折射率不同的棱柱区域15b。
即，光波导膜14的被夹在第2下部电极13a和第2上部电极13b之间的棱柱区域15b的折射率，通过对第2下部电极13a和第2上部电极13b施加第2施加电压而变化。在此，由于第2下部电极13a以四角形状形成，第2上部电极13b以面积比第2下部电极13a的四角形状面积小的四角形状形成，所以，第2下部电极13a及第2上部电极13b通过被施加第2施加电压，可以在光波导膜14的被夹在第2下部电极13a和第2上部电极13b之间的区域，形成沿着在光波导膜14中传播的光束的行进方向的剖面呈梯形形状的四角柱的棱柱(棱柱区域15b)。
其次，作为形成光波导膜14的电光材料，优选KTN(KTa1-xNbxO3，其中，x为0＜x＜1。)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、KTP(KTiOPO4)等具有电光效应的电光材料，在这些材料中，从广角偏向或低驱动电压的观点出发，以使用KTN为宜。例如，由于KTN的折射率具有2.2至2.4的较大的值，因此能以低驱动电压实现广角偏向。
另外，KTN具有从立方晶体向正方晶体再从正方晶体向菱面体晶的通过温度改变晶体系列的性质，立方晶体具有较大的2次电光效应已为公知。尤其是在接近立方晶体到正方晶体的相变温度的区域，产生比介电常数发散的现象，与比介电常数的平方成比例的2次电光效应成为非常大的值。
因此，作为形成光波导膜14的电光材料，具有KTa1-xNbxO3(其中，x为0＜x＜1。)的组成的电光材料，与其它材料相比，使折射率变化时所需要的施加电压能被控制得较低。据此，可以提供以低驱动电压实现广角偏向的光偏向元件。
以下，对利用电光效应的光偏向元件10的工作原理进行说明。一般来说，在电光晶体显示克尔效应引起的折射率变化时，在晶体内部形成电场时的电光晶体的折射率的变化量Δn如下式(1)所示。
Δn＝-(1/2)×n3×R×(V/d)2    ……(1)
在此，“克尔效应”表示电光晶体的折射率与对电光晶体施加的电场强度的2次方成比例地变化的效果。其中，式(1)的V表示施加电压，d表示电光晶体的厚度，n为电光晶体的折射率，R为克尔常数。
因此，如果在夹着由厚度为d的电光材料构成的折射率为n的光波导膜14的第1电极对12之间以及第2电极对13之间、即在z轴方向施加电压V1、V2，则如图1至图4所示，在光波导膜14内分别被第1电极对12和第2电极对13所夹着的区域和其以外的区域，产生折射率的变化，形成棱柱区域15a、15b。
此时，设由第1电极对12形成的棱柱区域15a的折射率的变化量为Δn1，由第2电极对13形成的棱柱区域15b的折射率的变化量为Δn2。入射光在各棱柱区域15a、15b的各自的折射率变化的边界面折射，其结果，来自光波导膜14的射出光偏向。此外，从光偏向元件10射出时的偏向角可以用斯奈尔法则计算。
具体而言，在对第1电极对12施加了电压V1时，如图3所示，由底角为α的直角三角形状的第1电极对12形成的棱柱区域15a的折射率均匀地变为n-Δn1，从而形成折射率从n-Δn1到n变化的边界面15c。棱柱区域15a的底边部分的边界面与入射光的传播方向L正交，而边界面15c相对于x轴逆时针倾斜α度。
因此，与y轴平行射入的入射光通过在第1电极对12之间形成的棱柱区域15a的边界面15c之后在xy面内向-x轴方向偏向，并在从光波导膜14射出时进一步在xy面内向-x轴方向偏向。最终，射出光在与基板11的表面(主面)平行的面(图3的xy面)内，以入射光的传播方向L(图3的y轴方向)为基准产生用偏向角θh所示的偏向。
另外，在对第2电极对13施加了电压V2时，如图4所示，由各自光传播方向L的不同长度的非对称的四角形状的第2电极对13形成的具有以底角β及底角γ形成的梯形形状的剖面的棱柱区域15b的折射率均匀地变化为n-Δn2，从而形成折射率从n到n-Δn2变化的边界面15d和折射率从n-Δn2到n变化的边界面15e。边界面15d相对y轴逆时针倾斜β度，边界面15e相对于y轴顺时针倾斜γ度。
这样，第2下部电极13a及第2上部电极13b通过被施加电压V2，在光波导膜14的第2下部电极13a和第2上部电极13b之间的区域，形成具有与电压V2施加前的光波导膜14的折射率n不同的折射率n-Δn2的棱柱区域15b，棱柱区域15b具有作为光波导膜14的棱柱区域15b未被形成的部分和棱柱区域15b之间的边界的边界面15d及边界面15e，边界面15d和边界面15e相对于光波导膜14的膜厚方向(图4的z轴方向)倾斜，向棱柱区域15b射入的光束，在边界面15d向光波导膜14的膜厚方向偏向，并且在边界面15e向光波导膜14的膜厚方向偏向。
因此，通过棱柱区域15a在xy面内向-x轴方向偏向的光束，在通过形成于第2电极对13之间的棱柱区域15b的边界面15d及边界面15e时分两个阶段向z轴方向偏向，并在从光波导膜14射出时进一步向z轴方向偏向。最后，射出光在与基板11的表面(主面)垂直的面内，以入射光的传播方向L为基准产生用偏向角θv所示的偏向。
如上所述，在图4的棱柱区域15b中，在向棱柱区域15b的边界面15d的射入和从棱柱区域15b的边界面15e射出的两个阶段产生光的偏向。即，通过使折射率变化在两个阶段产生，可以将射出光向所期望的方向较大地弯折。其结果，即使用电光材料构成的光波导膜14的厚度d较薄，也可以以低驱动电压使射出光较大地弯折。
这样，在光波导膜14上设置三角形状的第1电极对12和在各自光传播方向上长度不同的非对称的四角形状的第2电极对13，如果对第1电极对12及第2电极对13施加电压，则在各自的电极对之间形成棱柱区域15a、15b，通过棱柱区域15a、15b在与基板11的表面平行的面内和相垂直的面内可以实现二维的光偏向。
在此，由于对第1电极对12和第2电极对13施加的电场都是由电光材料(光波导膜14)的厚度d来决定，因此，通过将光波导膜14的厚度d变薄，可以以低驱动电压实现二维偏向。因此，光波导膜14的厚度d优选在1μm以上10μm以下。此时，波导模式在光波导膜14内并不是单一模式，既可以传播光束，又可以实现低驱动电压(例如，80V以下)。
另外，与第2电极对13(第2下部电极13a及第2上部电极13b)的各自的y轴方向(入射光的传播方向L)平行的边的长度以比光波导膜14的厚度d长为宜，优选在10μm以上。此时，可以以低驱动电压使光束在光波导膜14的膜厚方向(图4的z轴方向)较大地偏向。
另外，第2电极对13(第2下部电极13a及第2上部电极13b)的位置关系可以为配置长方形状的电极，使将由第2电极对13形成的棱柱区域15b沿着yz面切成剖面时的剖面形状的梯形底角β、γ满足任何底角β、γ。此外，第2下部电极13a的短边(与图3的y轴方向平行的边)可以配置成相对于第2上部电极13b的短边(与图3的y轴方向平行的边)的中心轴对称，也可以配置成非对称。
从以上的原理，具体地示出根据光波导膜14内部的折射率变化计算光偏向角的例子。在此，假设形成光波导膜14的电光材料的KTN的折射率n＝2.3，克尔常数R＝5.3×10-16m2/V2，光波导膜14的厚度d＝4μm。此外，假设第1电极对12的底角α＝30°，第2电极对13形成的棱柱区域15b的剖面形状的梯形底角分别为β＝60°、γ＝60°。
此时，通过分别对各电极对施加40V的电压，使基板11的表面(主面)的水平偏向角θh为10°以上，基板11的表面(主面)的垂直偏向角θv为10°以上，可以以低驱动电压使光束高速较大地二维偏向。
另外，第1电极对12的个数及配置，并不特别限定于上述例子，例如，也可以在光波导膜14的光传播方向并列地形成多个第1电极对12，使光束能连续地通过第1电极对12。如果通过这样在光波导膜14形成多个第1电极对12，从而在光波导膜14中形成多个棱柱区域15a，则射出光的偏向角由于在各棱柱区域的折射角相叠加，因此可以使在与基板11的表面相平行的而内的偏向角θh增加。
同样地，可以在光波导膜14的光传播方向并列地形成多个第2电极对13，使光束连续地通过第2电极对13。如果通过这样在光波导膜14形成多个第2电极对13，从而在光波导膜14形成多个棱柱区域15b，则射出光的偏向角由于在各棱柱区域的折射角相叠加，因此可以使与基板11的表面垂直的面内的偏向角θv增加。
如上所述，如果能够使偏向角θh及偏向角θv增加，则可以实现更广范围的二维光偏向，从而可以使光扫描的区域进一步增大。
如上所述，根据本实施例，通过基于被夹在三角形状的第1电极对12之间的棱柱区域15a的折射率变化的水平方向的偏向和基于被夹在分别在光传播方向上长度不同的非对称的四角形状的第2电极对13之间的棱柱区域15b折射率的变化的垂直方向的偏向的组合，能以低驱动电压实现二维偏向。
其次，对上述第1实施例的光偏向元件10的制造方法用图5至图9进行说明。
〔工序1〕
首先，如图5所示，在Al2O3单晶构成的基板11上，通过溅射形成作为下部电极的膜厚为100nm的取向附生的Pt电极16。
〔工序2〕
其次，如图6所示，通过蚀刻，从Pt电极16除去不需要的部分，形成三角形形状的第1下部电极12a和四角形状的第2下部电极13a。
〔工序3〕
其次，如图7所示，在Al2O3单晶构成的基板11、第1下部电极12a及第2下部电极13a上，通过溅射，形成膜厚4μm的由取向附生的KTa1-xNbxO3(x＝0.3)构成的光波导膜14。
〔工序4〕
其次，如图8所示，在光波导膜14上，通过溅射，形成作为上部电极的膜厚为200nm的ITO电极17。
〔工序5〕
其次，如图9所示，通过蚀刻，从ITO电极17除去不需要的部分，形成与第1下部电极12a相同的三角形形状的第1上部电极12b和在y轴方向的边比第2下部电极13a短的四角形状的第2上部电极13b。
〔工序6〕
最后，研磨光偏向元件10的射入端面及射出端面形成光滑的面。通过以上的工序制造出光偏向元件10。
另外，光波导膜14、第1电极对12和第2电极对13，除了溅射之外，也可以通过选自电子束蒸镀、快速蒸镀、离子电镀法、激光烧蚀法、分子取向附生、CVD(Chemical VaporDeposition)、等离子CVD、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等的气相成长法来形成。
此外，还可以在第1上部电极12b、第2上部电极13b以及第1上部电极12b和第2上部电极13b未被形成的光波导膜14上形成保护层等其它的膜。
其次，对图1所示的使用光偏向元件的光偏向装置用图10进行说明。光偏向装置18包括光源19、入射光学系统20、光偏向元件10、射出光学系统21以及驱动装置22。
光源19最好使用半导体激光器。入射光学系统20使从光源19射出的激光与光偏向元件10的光波导(光波导膜14)结合。入射光学系统20为了使从光源19射出的激光以较高的光利用效率与光偏向元件10结合，最好使光波导膜14和入射光学系统20内的入射透镜的NA(Numerical Aperture)相一致。射出光学系统21具备用于使从光偏向元件10射出的激光准直的透镜和根据需要用于扩大偏向角的凹凸透镜。
驱动装置22包括驱动光源19及光偏向元件10的驱动电路及信号发生器等，决定光偏向装置18的偏向角、驱动频率及射出光强度。此外，驱动装置22可以对配置于光偏向元件10的第1电极对12和第2电极对13分别施加电压。据此，可以任意地进行相对于基板11的表面在水平方向的光偏向和相对于基板11的表面在垂直方向的光偏向，能够实现自由的二维偏向。
另外，在光偏向装置18中，是驱动装置22驱动光源19及光偏向元件10，但并不特别限定于这个例子，也可以是一个驱动装置驱动光偏向元件10，其它的驱动装置驱动光源19。此外，在光偏向元件10的光射入侧配置入射光学系统20，在光射出侧配置射出光学系统21，但并不特别限定于这个例子，也可以只配置其中之一。
(第2实施例)
接着，对本发明第2实施例的光偏向元件，以与第1实施例的光偏向元件10的不同点为中心，用图11进行说明。
图11是本发明第2实施例所涉及的光偏向元件的主要部分剖面图，相当于表示第1实施例的光偏向元件10的剖面的图2。第2实施例的光偏向元件23与第1实施例的光偏向元件10的不同点在于，在光波导膜14和第1电极对12之间及光波导膜14和第2电极对13之间设置有覆层(clad layer)24。
具体而言，在光波导膜14的下面配置下侧的覆层24，在下侧的覆层24和基板11之间配置第1下部电极12a和第2下部电极13a，此外，在光波导膜14的上面配置上侧的覆层24，在上侧的覆层24上配置第1上部电极12b和第2上部电极13b。
作为第1电极对12和第2电极对13的材料，可以用Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Pd、Ag、Ta、W、Pt、Au等各种金属或这些金属的合金等的金属形成，尤其在光波导膜14上设置有金属构成的电极时，如果光波导膜14中的光的振动数超过金属的等离子振动数时，则随着光传播，渗漏到金属电极中的成分被金属电极中的担体强力地吸收，造成传播损耗。
因此，作为第1电极对12和第2电极对13的材料，虽然最好是使用ITO或Al掺杂ZnO等的透明氧化物，但是尽管如此，也会引起在光波导膜14中传播的光束渗漏到电磁场分布的电极。大多数情况下具有实用性的阻抗率的电极的吸收系数都较大，渗漏成分被电极中的自由担体强力地吸收。其结果，光波导膜14中的传播损耗，除了光波导膜14本身的散射损失以外，也因电极的吸收产生，存在光利用效率下降的情况。
因此，通过在光波导膜14和光波导膜14的两面(上面和下面)的金属电极对(第1电极对12及第2电极对13)之间插入覆层24，可以防止向金属电极的电磁场的渗漏，避免传播光的吸收。其结果，能够抑制光波导膜14中的传播损耗，提高光的利用效率。
在此，作为覆层24的材料，可以使用具有比形成光波导膜14的电光材料小的折射率、相对于基板11的材料和构成第1下部电极12a及第2下部电极13a的材料能够将覆层24作为取向附生的薄膜来形成的材料。作为可以保持该取向附生关系的条件，优选形成覆层24的材料的晶体结构与基板11的材料、构成第1下部电极12a和第2下部电极13a的材料及构成光波导膜14的电光材料的晶体结构相类似，这些晶格常数之差在10％以下，但也并不是一定要遵守该关系，也可以通过使覆层24在基板11、第1下部电极12a和第2下部电极13a上取向附生生长，来保持取向附生关系。
具体而言，作为覆层24的材料，在采用ABO3型的钙钛矿氧化物的情况下，可以使用例如SrTiO3、BaTiO3、PbTiO3、KNbO3、KTaO3等作为正方晶体、斜方晶体或模拟立方晶体系列，，可以使用选自由例如LiNbO3、LiTaO3等为代表的强介电体的材料作为六方晶体系列。
另外，覆层24的膜厚c相对于光波导膜14的膜厚d的比(c/d)优选在0.1以上，更优选在0.5以上，并且覆层24的膜厚c以在10nm以上为宜。在这种情况下，可以抑制光波导膜14中的传播损，提高光利用效率。
产业上的可利用性
根据本发明的光偏向元件及光偏向装置，利用一个基板可以实现小型的光偏向元件，并且能以低驱动电压使光束高速地二维偏向，可应用于包含激光打印机、投影仪、激光扫描显微镜、利用了光学相干断层扫描的光学诊断装置、光学通信用开关元件等的所有光学设备。

Claims (17)

1.一种光偏向元件，其特征在于包括：
基板；
光波导膜，采用电光材料，构成形成在所述基板上的光波导；
第1电极对，在所述光波导膜的膜厚方向上相对置地配置于所述光波导膜的射入侧，基于第1施加电压使在所述光波导膜中传播的光束在所述光波导膜的面内方向偏向；
第2电极对，在所述光波导膜的膜厚方向上相对置地配置于所述光波导膜的射出侧，基于第2施加电压使通过所述第1电极对在所述光波导膜的面内方向已被偏向的光束在所述光波导膜的膜厚方向偏向，其中，
所述第2电极对包含第1电极和第2电极；
所述第1电极和所述第2电极在所述光波导膜中传播的光束的行进方向上以不同的长度而被形成。
2.根据权利要求1所述的光偏向元件，其特征在于：
所述光波导膜的厚度在1μm以上10μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极和所述第2电极为金属电极。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极被设置在所述光波导膜的所述基板一侧；
所述第2电极被设置在所述光波导膜的与所述基板相对置的一侧；
所述第1电极在所述光波导膜中传播的光束的行进方向的长度比所述第2电极在所述行进方向的长度长。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极被设置在所述光波导膜的所述基板一侧；
所述第2电极被设置在所述光波导膜的与所述基板相对置的一侧；
所述第1电极在所述光波导膜中传播的光束的行进方向的长度比所述第2电极在所述行进方向的长度短。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极以四角形状而形成；
所述第2电极以面积比所述第1电极的四角形状的面积小的四角形状而形成；
所述第1电极和所述第2电极，通过被施加所述第2施加电压，在所述光波导膜的被夹在所述第1电极和所述第2电极之间的区域形成四角柱的棱柱，该棱柱沿在所述光波导膜中传播的光束的行进方向的剖面为梯形形状。
7.根据权利要求6所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极被设置在所述光波导膜的所述基板一侧；
所述第2电极被设置在所述光波导膜的与所述基板相对置的一侧。
8.根据权利要求6或7所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第2电极与所述第1电极在所述光波导膜中传播的光束的行进方向的中央区域相对置地加以配置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述光波导膜的被夹在所述第1电极对之间的棱柱区域的折射率，随着所述第1施加电压被施加于所述第1电极对而发生变化；
所述光波导膜的被夹在所述第2电极对之间的棱柱区域的折射率，随着所述第2施加电压被施加于所述第2电极对而发生变化。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极对以各电极都呈同一形状的三角形状而形成；
所述第1电极对，通过被施加所述第1施加电压，在所述光波导膜的被夹在所述第1电极对之间的区域形成三角柱的棱柱。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极和所述第2电极，通过被施加所述第2施加电压，在所述光波导膜的被夹在所述第1电极和所述第2电极之间的区域形成棱柱区域，该棱柱区域具有与所述第2施加电压被施加前的所述光波导膜的折射率不同的折射率；
所述棱柱区域具有作为所述光波导膜的所述棱柱区域没有被形成的部分和所述棱柱区域的边界的第1边界面及第2边界面；
所述第1边界面及所述第2边界面，相对于所述光波导膜的膜厚方向倾斜；
射入所述棱柱区域的光束，在所述第1边界面被向所述光波导膜的膜厚方向偏向，并在所述第2边界面被向所述光波导膜的膜厚方向偏向。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述基板具有比所述光波导膜的折射率小的折射率。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极对及所述第2电极对具有比所述光波导膜的折射率小的折射率。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
所述第1电极对及所述第2电极对分别被设置有多个。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的光偏向元件，其特征在于还包括：
形成在所述光波导膜和所述第1电极对之间及所述光波导膜和所述第2电极对之间的覆层。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的光偏向元件，其特征在于：
形成所述光波导膜的所述电光材料具有KTa1-xNbxO3的组成，其中，x为0＜x＜1。
17.一种光偏向装置，其特征在于包括：
光源；
使从所述光源射入的光偏向的如权利要求1至16中任一项所述的光偏向元件；
设置在所述光偏向元件的光射入侧和光射出侧的至少其中之一的光学系统；
向所述光偏向元件施加所述第1施加电压及所述第2施加电压，驱动所述光偏向元件的驱动装置。
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