CN109313363A - 反射型空间光调制器、光观察装置和光照射装置 - Google Patents

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Abstract

反射型空间光调制器包括：具有输入输入光的输入面和与输入面相对的背面，相对介电常数为1000以上的钙钛矿型的电光晶体；光输入输出部，其具有配置于电光晶体的输入面且透过输入光的第一电极；光反射部，其包括包含多个第二电极的像素电极部和将像素电极部固定于背面的粘结层，配置于电光晶体的背面，将输入光向输入输出部反射；和向第一电极与多个第二电极之间施加电场的驱动电路，粘结层在非导电性的粘结材料的固化物中具有电介质材料。

Description

反射型空间光调制器、光观察装置和光照射装置
技术领域
本发明涉及反射型空间光调制器、光观察装置和光照射装置。
背景技术
例如在专利文献1和专利文献2中公开有电光元件。该电光元件包括基板、层叠于基板的强电介质的KTN(KTa1-xNbxO3)层、配置于KTN层的前面的透明电极和配置于KTN层的后面的金属电极。KTN根据温度采用4个晶体结构，在为钙钛矿型的晶体结构时作为电光元件使用。这样的KTN层在形成于金属电极上的晶种层之上形成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-89340号公报
专利文献2：日本特开2014-89341号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1和专利文献2中，记载有通过在晶种层添加导电性物质而对晶种层赋予导电性。在这种情况下，由于金属电极与KTN层电连接，所以能够向KTN层施加电场。但是，例如，在电光元件的金属电极呈矩阵状形成有多个的情况下，当对晶种层赋予导电性时，存在向多个金属电极输入的电信号混杂，调制精度不稳定的担忧。
实施方式的目的在于提供能够抑制输入到多个电极的电信号发生混杂且使调制精度稳定的反射型空间光调制器、光照射装置和光观察装置。
解决问题的技术手段
一个方式的反射型空间光调制器，是调制输入光并输出调制后的调制光的反射型空间光调制器，包括：具有输入输入光的输入面和与输入面相对的背面，相对介电常数为1000以上的钙钛矿型的电光晶体；光输入输出部，其具有配置于电光晶体的输入面且透过输入光的第一电极；光反射部，其包括包含多个第二电极的像素电极部和将像素电极部固定于背面的粘结层，配置于电光晶体的背面，将输入光向输入输出部反射；和向第一电极与多个第二电极之间施加电场的驱动电路，粘结层在非导电性的粘结材料的固化物中具有电介质材料。
此外，一个方式的光观察装置包括：输出输入光的光源；上述的反射型空间光调制器；将从空间光调制器输出的调制光照射至对象物的光学系统；和对从对象物输出的光进行检测的光检测器。
此外，一个方式的光照射装置包括：输出输入光的光源；上述的反射型空间光调制器；和将从空间光调制器输出的调制光照射至对象物的光学系统。
根据这样的反射型空间光调制器、光照射装置和光观察装置，输入光透过光输入输出部的第一电极而输入到电光晶体的输入面。该输入光能够被配置于电光晶体的背面的光反射部反射，从光输入输出部输出。此时，电信号向设置在光输入输出部的第一电极与设置在像素电极部的多个第二电极之间输入。由此，能够向相对介电常数高的电光晶体施加电场，调制输入光。在该反射型空间光调制器中，多个第二电极通过包含非导电性的粘结材料和电介质材料的粘结层而固定于背面。这样，由于粘结层为非导电性，所以输入到多个第二电极的每个的电信号难以在粘结层传播。因此，能够抑制输入到多个电极的电信号发生混杂，使调制精度稳定。
此外，在一个方式中，光输入输出部也可以进一步包括具有输入输入光的第一面、作为第一面的相反侧的面的第二面的透明基板，第一电极也可以配置于透明基板的第二面。在这样的空间光调制器中，即使将电光晶体的光轴方向的厚度形成得薄，也能够利用透明基板保护电光晶体不受外部的冲击等影响。
此外，在一个方式中，在令电光晶体的相对介电常数为εxtl，令电光晶体中的从输入面至背面的厚度为dxtl，令粘结层的厚度为dad，令通过驱动电路产生的施加电压的最大电压即Vsmax与为了将输入光相位调制或延迟调制2π弧度而向电光晶体施加的电压即Vxtl的比Vxtl/Vsmax为Rs时，包含电介质材料的粘结层的相对介电常数εad能够以式1表示。在这种情况下，能够对电光晶体施加对于将输入光相位调制或延迟调制2π弧度而言足够的电压。
[数1]
此外，在一个方式中，第一电极也可以形成于输入面的整个面。例如，在第一电极与多个第二电极对应地设置多个的情况下，第一电极与第二电极的定位是困难的。在上述结构中，不需要进行第一电极与第二电极的定位。
此外，在一个方式中，光反射部也可以还包含以与多个第二电极相对的方式配置于电光晶体的背面的多个第三电极。根据该结构，能够通过多个第三电极防止作为电力线传输的电信号的传播。
此外，在一个方式中，在光反射部，也可以利用多个第三电极反射输入光。再有，在一个方式中，在光反射部，也可以利用多个第二电极反射输入光。根据这些结构，不需要在第二电极侧另外设置反射层等。
此外，在一个方式中，电光晶体也可以为KTa1-xNbxO3(0≤x≤1)晶体、K1-yLiyTa1- xNbxO3(0≤x≤1，0＜y＜1)晶体或PLZT晶体。根据该结构，能够容易地实现相对介电常数高的电光晶体。
此外，在一个方式中，也可以还具备控制电光晶体的温度的温度控制元件。根据该结构，能够通过将电光晶体的温度保持为一定而使调制精度更加稳定。
发明的效果
根据实施方式的反射型空间光调制器、光照射装置和光观察装置，能够抑制输入到多个电极的电信号发生混杂，使调制精度稳定。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的光观察装置的结构的框图。
图2是表示图1的光观察装置中使用的空间光调制器的截面图。
图3是用于说明图2的空间光调制器的电极的图。
图4是表示延迟调制中晶轴与光的行进方向、电场的关系的图。
图5是表示另一个实施方式所涉及的空间光调制器的截面图。
图6是表示又一另一个实施方式所涉及的空间光调制器的截面图。
图7是表示一个实施方式所涉及的光照射装置的结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图具体地说明实施方式。为了便于说明，存在对实质上相同的要素标注相同的符号，省略其说明的情况。
[第一实施方式]
图1是表示一个实施方式所涉及的光观察装置的结构的框图。光观察装置1A例如是用于对观察的对象物进行摄像的荧光显微镜。光观察装置1A通过向试样(对象物)S的表面照射输入光L1，并对随之从试样S输出的荧光或反射光等检测光L3进行摄像，从而取得试样S的图像。
成为观察对象物的试样S例如为包含荧光色素、荧光蛋白等荧光物质的细胞、活体等样本。此外，试样S也可以为半导体器件或薄膜等样本。试样S在被照射规定的波长区域的光(激发光或照明光)的情况下，例如发出荧光等检测光L3。试样S例如收纳在至少具有相对于输入光L1和检测光L3的透过性的保持器内。该保持器例如保持在平台上。
如图1所示，光观察装置1A包括光源10、准直透镜11、偏振光元件12、偏振光分束器13、空间光调制器100、第一光学系统14、分束器15、物镜16、第二光学系统17、光检测器18和控制部19。
光源10输出包含使试样S激发的波长的输入光L1。光源10例如射出相干光或非相干光。作为相干光源，例如能够列举激光二极管(LD)等激光光源等。作为非相干光源，例如能够列举发光二极管(LED)、超辐射二极管(SLD)或灯类光源等。
准直透镜11将从光源10输出的输入光L1平行化，并将平行化后的输入光L1输出。偏振光元件12根据偏振光成分选择性地透过输入光L1。例如，偏振光元件12透过输入光L1的S波光。偏振光分束器13将透过了偏振光元件12的输入光L1向空间光调制器100反射。空间光调制器100是进行从光源10输出的输入光L1的相位调制或延迟调制的空间光调制器。空间光调制器100对从准直透镜11输入的输入光L1进行调制，并将调制后的调制光L2向偏振光分束器13输出。此时，空间光调制器100使输入光L1的偏振光面旋转90度而输出。因此，从空间光调制器100输出的调制光L2透过偏振光分束器13，被导光至第一光学系统14。本实施方式的空间光调制器100被构成为反射型。空间光调制器100与控制部19的控制器21电连接，构成空间光调制单元。空间光调制器100由控制部19的控制器21控制其驱动。空间光调制器100的详细情况在后面叙述。利用空间光调制器100，1)能够限定照射光点(spot)的位置，或者，2)能够移动照射光点的位置，3)能够同时形成多个照射光点，4)能够控制照射光的相位。
第一光学系统14将空间光调制器100与物镜16光学结合。由此，从空间光调制器100输出的调制光L2被导光至物镜16。例如第一光学系统14是透镜，使来自空间光调制器100的调制光L2聚光于物镜16的光瞳。
分束器15是用于将调制光L2与检测光L3分离的光学元件。分束器15例如透过激发波长的调制光L2，反射荧光波长的检测光L3。此外，分束器15既可以为偏振光分束器，也可以为分色镜。另外，根据分束器15的前后的光学系统(例如第一光学系统14和第二光学系统17)或应用的显微镜的种类，分束器15也可以反射调制光L2而透过荧光波长的检测光L3。
物镜16将在空间光调制器100调制后的调制光L2聚光而照射至试样S，并对随之从试样S发出的检测光L3进行导光。物镜16例如由压电致动器、步进电机等驱动元件而可沿光轴移动地构成。由此，能够调节调制光L2的聚光位置和用于检测光L3的检测的焦点位置。
第二光学系统17将物镜16与光检测器18光学结合。由此，从物镜16被导光的检测光L3在光检测器18成像。第二光学系统17具有使来自物镜16的检测光L3在光检测器18的受光面成像的透镜17a。
光检测器18对由物镜16导光而在受光面成像的检测光L3进行摄像。光检测器18例如为CCD图像传感器或CMOS图像传感器等区域图像传感器。
控制部19包括包含处理器等控制电路和图像处理电路、存储器等的计算机20和包含处理器等控制电路、存储器等且与空间光调制器100和计算机20电连接的控制器21。计算机20例如为个人电脑、智能设备、微型计算机或云服务器等。计算机20通过处理器控制物镜16、光检测器18等的动作，执行各种控制。此外，控制器21控制空间光调制器100的相位调制量或延迟调制量。
接着，对空间光调制器100的详细情况进行说明。图2是表示空间光调制器的截面图。空间光调制器100是对输入光L1进行调制，并将调制后的调制光L2输出的反射型空间光调制器，如图2所示，包括电光晶体101、光输入输出部102、光反射部107和驱动电路110。
电光晶体101呈具有输入输入光L1的输入面101a和与输入面101a相对的背面101b的板状。电光晶体101具备钙钛矿型的晶体结构，在折射率变化中利用普克尔斯(Pockels)效应、克尔(Kerr)效应等电光效应。作为钙钛矿型的晶体结构的电光晶体101为属于立方晶系的点群m3m、其相对介电常数具有1000以上的各向同性晶体。电光晶体101的相对介电常数例如能够取1000～20000左右的值。作为这样的电光晶体101，例如为KTa1-xNbxO3(0≤x≤1)晶体(以下称为“KTN晶体”)、K1-yLiyTa1-xNbxO3(0≤x≤1，0＜y＜1)晶体、PLZT晶体等，具体而言，能够列举BaTiO3、或K3Pb3(Zn2Nb7)O27、K(Ta0.65Nb0.35)P3、Pb3MgNb2O9，Pb3NiNb2O9等。在本实施方式的空间光调制器100中，作为电光晶体101使用KTN晶体。由于KTN晶体为立方晶系的m3m点群，所以没有普克尔斯效应，利用克尔效应进行调制。因此，当与电光晶体101的晶轴平行或垂直地输入光并向相同方向施加电场时能够进行相位调制。此外，以任意的晶轴为中心而使另外2个轴旋转至0°、90°以外的任意的角度时，能够进行延迟调制。图4(a)是表示延迟调制中晶轴与光的行进方向、电场的关系的立体图，图4(b)是平面性地表示各轴的图。图4所示的例子为使晶体旋转至角度45°的情况。在以轴X1为中心，使轴X2、X3进行45°旋转，而设为新的轴X1、X2’、X3’的情况下，通过将光与该新轴平行或垂直地输入，能够进行延迟调制。在图4中，向晶体1104的施加方向1102施加电场。输入光L1的传播方向1101与电场的施加方向1102平行。在这种情况下，输入光L1的调制中使用的克尔系数为g11、g12和g44。
KTN晶体的相对介电常数容易受温度的影响，例如在-5℃附近相对介电常数为20000左右而最大，在作为常温的20℃附近相对介电常数降低至5000左右。因此，电光晶体101的温度例如通过珀尔帖元件那样的温度控制元件P被控制在-5℃附近。
光输入输出部102具有配置于电光晶体101的输入面101a的第一电极103。第一电极103例如为由ITO(氧化铟锡)形成的透明电极，透过输入光L1。在本实施方式中，第一电极103形成于输入面101a的整个面。例如，第一电极103能够通过在电光晶体101的输入面101a蒸镀ITO而形成。输入光L1透过第一电极103而输入至电光晶体101内。
光反射部107配置于电光晶体101的背面101b，将调制光L2向输入输出部反射。该光反射部107包含CMOS基板(像素电极部)108和粘结层109。CMOS基板108经由粘结层111而固定于例如玻璃环氧(以玻璃纤维薄片为芯材的环氧树脂)基板那样的有机基板、陶瓷基板等基板112。CMOS基板108包含与电光晶体101的背面101b相对的多个像素电极即第二电极108a。第二电极108a能够将在电光晶体101内传播的输入光L1向光输入输出部102反射。例如，第二电极108a由铝等金属等材料形成。如图3所示，在本实施方式的光反射部107，二维配置有在俯视时呈矩形形成的多个第二电极108a。第二电极108a的横向的长度W1与纵向的长度W2例如能够形成为相同长度。彼此相邻的第二电极108a彼此空出间隔S1、S2而配置。另外，图2、图3是示意地表示空间光调制器100的图，为了简化说明，表示第二电极108a按4×4配置的例子。另外，CMOS基板108也可以作为向第一电极103与第二电极108a之间施加电场的驱动电路而发挥作用。
在多个第二电极108a设置有分别对应的驱动用的开关108b。通过这些开关108b，能够对各第二电极108a控制任意的电压。
粘结层109将CMOS基板108固定于背面101b。该粘结层109在非导电性的粘结材料的固化物中具有电介质材料，不包含导电材料。另外，所谓非导电性，并不限定于不具有导电性的性质，包含绝缘性高的性质或电阻率高的性质。即，粘结层109其绝缘性高(电阻率高)，理想上不具有导电性。粘结材料例如能够由环氧类粘结剂那样的光学上无色透明的树脂形成。电介质材料例如能够具有与电光晶体101相同程度的相对介电常数。电介质材料可以为具有输入光L1的波长以下的粒径的粉状体，例如能够具有50nm～3000nm左右的粒径。通过使电介质材料的粒径变小，能够抑制光的散射。电介质材料也可以为电光晶体101的粉状体。
驱动电路110与第一电极103电连接，并且与CMOS基板108连接，由此与多个第二电极108a分别电连接。这样的驱动电路110由控制部19控制。驱动电路110向第一电极103与第二电极108a之间输入电信号。由此，向配置于第一电极103与第二电极108a之间的电光晶体101和粘结层109施加电场。在这种情况下，由驱动电路110施加的电压被分配给电光晶体101和粘结层109。因而，施加于第一电极103与第二电极108a之间的电压与施加于电光晶体101的电压的电压比R在令电光晶体101的相对介电常数为εxtl、令电光晶体101中的从输入面101a至背面101b的厚度为dxtl、令粘结层109的相对介电常数为εad、令粘结层109的厚度为dad时，以以下的式(2)表示。
[数2]
这样，施加于电光晶体101的电压依赖于粘结层109的相对介电常数εad和厚度dad。本实施方式的空间光调制器100例如具有将对输入光L1进行1波长调制而得到的调制光L2输出的调制性能。在这种情况下，粘结层109的相对介电常数εad如以下那样求取。首先，由驱动电路110向CMOS基板108施加的电压为了避免CMOS电路的击穿而决定上限。因此，令由驱动电路110产生的施加电压的最大电压为Vsmax。此外，令为了将输入光L1相位调制2π弧度而向电光晶体101施加的电压为Vxtl。在这种情况下，当令Vxtl与Vsmax的电压比即Vxtl/Vsmax为Rs时，电压比R和电压比Rs需要满足以下的式(3)的关系。在这种情况下，能够对电光晶体101施加对于使输入光L1相位调制2π弧度而言足够的电压。
Rs＜R…(3)
然后，根据式(2)和式(3)，粘结层109的相对介电常数εad和厚度dad满足以下的式(4)。
[数3]
根据该式(4)求取粘结层109的相对介电常数。即，当将式(4)变形为关于粘结层109的相对介电常数的式时，导出以下的式(1)。
[数4]
通过粘结层109的相对介电常数满足式(1)，能够对电光晶体施加对于使输入光L1进行1波长调制而言足够的电场。
根据以上说明的空间光调制器100，输入光L1透过光输入输出部102的第一电极103而输入至电光晶体101的输入面101a。该输入光L1能够由配置于电光晶体101的背面101b的光反射部107反射，从光输入输出部102输出。此时，电信号输入到设置在光输入输出部102的第一电极103与设置在CMOS基板108的多个第二电极108a之间。由此，能够向相对介电常数高的电光晶体101施加电场，调制输入光L1。在该空间光调制器100中，多个第二电极108a通过包含非导电性的粘结材料和电介质材料的粘结层109而固定于背面101b。这样，由于粘结层109为非导电性，所以输入到多个第二电极108a的每个的电信号难以在粘结层109传播。因而，能够抑制输入的电信号发生混杂，使调制精度稳定。
此外，在一个方式中，第一电极103形成于输入面101a的整个面。例如在第一电极103与多个第二电极108a对应地设置有多个的情况下，第一电极103与第二电极108a的定位是困难的。在上述结构中，不需要进行第一电极103与第二电极108a的定位。
此外，在一个方式中，在光反射部107，通过多个第二电极108a反射输入光L1，因此不需要在第二电极108a侧另外设置反射层等。
此外，因为具备控制电光晶体101的温度的温度控制元件P，所以能够将电光晶体101的温度保持为一定。由此，能够使调制精度更加稳定。另外，温度控制元件P所进行的温度控制可以不仅是电光晶体101，而且以CMOS基板108等空间光调制器100的整体为对象。
[第二实施方式]
在本实施方式所涉及的空间光调制器200中，利用透明基板104的电光晶体101的支承的结构与第一实施方式的空间光调制器100不同。以下，主要对与第一实施方式的不同点进行说明，对相同的要素或部件标注相同的符号，省略详细的说明。
图5是表示本实施方式所涉及的空间光调制器200的截面图。如图5所示，反射型的空间光调制器200包括电光晶体101、光输入输出部202、光反射部107和驱动电路110。构成光反射部107的CMOS基板108固定于基板112。本实施方式中的电光晶体101的光轴方向的厚度例如能够设为50μm以下。
光输入输出部202具有第一电极103、透明基板104、透明电极105和粘结层106。透明基板104例如由玻璃、石英、塑料等材料呈平板状形成。透明基板104具有输入输入光L1的第一面104a和作为第一面104a的相反侧的面且与电光晶体101的输入面101a相对的第二面104b。透明电极105为形成于透明基板104的第二面104b的整个面的电极，透过输入光L1。透明电极105例如能够通过在透明基板104的第二面104b蒸镀ITO而形成。
粘结层106将在电光晶体101形成的第一电极103与在透明基板104形成的透明电极105相互粘结。粘结层106例如由环氧类粘结剂形成，透过输入光L1。在粘结层106内，例如配置有金属球那样的导电部件106a。导电部件106a与第一电极103和透明电极105双方接触，将第一电极103与透明电极105相互电连接。例如，导电部件106a在俯视时配置于粘结层106的四角。
在本实施方式中，透明基板104的第二面104b侧的俯视时的大小比电光晶体101的输入面101a大地形成。因此，在电光晶体101被支承于透明基板104的状态下，在透明基板104形成的透明电极105的一部分成为向外部露出的露出部105a。驱动电路110与该露出部105a和CMOS基板108电连接。即，驱动电路110通过经由透明电极105和导电部件106a而与第一电极103电连接，能够向第一电极103与第二电极108a之间施加电场。
在这样的空间光调制器200中，通过将电光晶体101的光轴方向的厚度形成得薄，能够更良好地进行相位调制或延迟调制。在如上所述电光晶体101形成得薄的情况下，存在电光晶体101由于来自外部的冲击等而受到损伤的担忧。在本实施方式中，通过电光晶体101的输入面101a侧被支承于透明基板104，保护电光晶体101免受外部的冲击等的影响。
[第三实施方式]
本实施方式所涉及的空间光调制器300在光反射部307具有辅助电极(第三电极)309a的方面与第二实施方式的空间光调制器200不同。以下，主要对与第二实施方式的不同点进行说明，对相同的要素或部件标注相同的符号，省略详细的说明。
图6是表示本实施方式所涉及的空间光调制器300的截面图。如图6所示，反射型的空间光调制器300包括电光晶体101、光输入输出部202、光反射部307和驱动电路110。
光反射部307包含CMOS基板108、粘结层109和辅助电极309a。CMOS基板108固定于基板112。辅助电极309a在电光晶体101的背面101b配置有多个。辅助电极309a具有作为将在电光晶体101内传播的输入光L1向光输入输出部102反射的镜的功能。辅助电极309a例如为金属电极，能够由铝等形成。辅助电极309a与在CMOS基板108形成的第二电极108a同样呈二维配置。即，辅助电极309a与第二电极108a一对一地对应，彼此相对。
以与多个第二电极108a相对的方式在电光晶体101的背面101b侧形成有多个辅助电极309a。辅助电极309a位于电光晶体101的输入面101a侧的第一电极103与第二电极108a形成的静电场中。因此，在第一电极103与辅助电极309a之间和辅助电极309a与第二电极108a之间，因静电感应而产生静电场。即，辅助电极309a具有作为防止作为电力线传输的电信号的传播的电场透镜的作用。由此，在粘结层109和电光晶体101中，能够大幅抑制从驱动电路110输入的电信号(即电力线)的传播。因而，能够进一步抑制输入的电信号发生混杂，能够以更高的分辨率使调制精度稳定。
以上，参照附图对实施方式进行了详细说明，但具体的结构并不限定于该实施方式。
例如，在上述实施方式中，例示了具备空间光调制器的光观察装置1A，但并不限定于此。例如，空间光调制器100也可以搭载于光照射装置1B。图7是表示光照射装置的结构的框图。光照射装置1B具有光源10、准直透镜11、偏振光元件12、偏振光分束器13、空间光调制器100、第一光学系统14以及包含计算机20和控制器21的控制部19。在该结构中，从空间光调制器100输出的调制光L2由第一光学系统14照射至试样S。利用空间光调制器100，1)能够限定照射光点的位置，或者，2)能够移动照射光点的位置，3)能够同时形成多个照射光点，4)能够控制照射光的相位。
此外，在第三实施方式中，例示了由金属形成的辅助电极309a反射输入光L1的结构，但并不限定于此。例如，辅助电极309a也可以为透明电极，例如也可以由ITO等透明膜形成。在这种情况下，输入光L1能够透过辅助电极而被第二电极108a反射。
符号的说明
1A…光观察装置、1B…光照射装置、100…空间光调制器(反射型空间光调制器)、101…电光晶体、101a…输入面、101b…背面、102…光输入输出部、103…第一电极、107…光反射部、108…CMOS基板(像素电极部)、108a…第二电极、109…粘结层、110…驱动电路、309a…辅助电极(第三电极)、L1…输入光、L2…调制光。

Claims (11)

1.一种反射型空间光调制器，其特征在于，
是调制输入光并将调制后的调制光输出的反射型空间光调制器，
包括：
钙钛矿型的电光晶体，具有输入所述输入光的输入面和与所述输入面相对的背面，且相对介电常数为1000以上；
光输入输出部，其具有配置于所述电光晶体的所述输入面且透过所述输入光的第一电极；
光反射部，其包含像素电极部和将所述像素电极部固定于所述背面的粘结层，配置于所述电光晶体的所述背面，将所述输入光向所述输入输出部反射，其中，所述像素电极部包含多个第二电极；和
驱动电路，向所述第一电极与所述多个第二电极之间施加电场，
所述粘结层在非导电性的粘结材料的固化物中具有电介质材料。
2.如权利要求1所述的反射型空间光调制器，其特征在于，
所述光输入输出部还包括具有输入所述输入光的第一面和作为所述第一面的相反侧的面的第二面的透明基板，所述第一电极配置于所述透明基板的所述第二面。
3.如权利要求1或2所述的反射型空间光调制器，其特征在于，
在令所述电光晶体的相对介电常数为εxtl，
令所述电光晶体中的从所述输入面至所述背面的厚度为dxtl，
令所述粘结层的厚度为dad，
令由所述驱动电路产生的施加电压的最大电压Vsmax与为了将输入光的相位被调制2π弧度后的所述调制光输出而向所述电光晶体施加的电压Vxtl的比Vxtl/Vsmax为Rs时，
包含所述电介质材料的所述粘结层的相对介电常数εad以式(1)表示，
4.如权利要求1～3中的任一项所述的反射型空间光调制器，其特征在于，
所述第一电极形成于所述输入面的整个面。
5.如权利要求1～4中的任一项所述的反射型空间光调制器，其特征在于，
所述光反射部还包括以与所述多个第二电极相对的方式配置于所述电光晶体的所述背面的多个第三电极。
6.如权利要求5所述的反射型空间光调制器，其特征在于，
在所述光反射部，由所述多个第三电极反射所述输入光。
7.如权利要求1～5中的任一项所述的反射型空间光调制器，其特征在于，
在所述光反射部，由所述多个第二电极反射所述输入光。
8.如权利要求1～7中的任一项所述的反射型空间光调制器，其特征在于，
所述电光晶体为KTa1-xNbxO3晶体、K1-yLiyTa1-xNbxO3晶体或PLZT晶体，其中，KTa1-xNbxO3晶体简称为KTN晶体，K1-yLiyTa1-xNbxO3晶体简称为KLTN晶体，KTa1-xNbxO3晶体中满足0≤x≤1，K1-yLiyTa1-xNbxO3晶体中满足0≤x≤1且0＜y＜1。
9.如权利要求1～8中的任一项所述的反射型空间光调制器，其特征在于，
还包括控制所述电光晶体的温度的温度控制元件。
10.一种光观察装置，其特征在于，
包括：
输出所述输入光的光源；
权利要求1～9中的任一项所述的反射型空间光调制器；
将从所述反射型空间光调制器输出的调制光照射至对象物的光学系统；和
对从所述对象物输出的光进行检测的光检测器。
11.一种光照射装置，其特征在于，
包括：
输出所述输入光的光源；
权利要求1～9中的任一项所述的反射型空间光调制器；和
将从所述反射型空间光调制器输出的调制光照射至对象物的光学系统。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022037151A1 (zh) * 2020-08-21 2022-02-24 华为技术有限公司 空间光调制器和波长选择开关

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211991B1 (en) * 1998-06-16 2001-04-03 Photon Dynamics, Inc. Modulator manufacturing process and device
US20030197273A1 (en) * 1992-07-28 2003-10-23 Dennison Charles H. Integrated circuit contact
WO2006007071A1 (en) * 2004-06-22 2006-01-19 3M Innovative Properties Company Capacitive touch panel sensor with improved transparency
CN1825579A (zh) * 2005-01-31 2006-08-30 三洋电机株式会社 电路衬底装置及电路装置
CN101316790A (zh) * 2005-09-29 2008-12-03 明锐有限公司 制造具有高对比率的反射空间光调制器的方法
JP2014219495A (ja) * 2013-05-07 2014-11-20 Fdk株式会社 空間光変調器

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3938878A (en) 1970-01-09 1976-02-17 U.S. Philips Corporation Light modulator
JPS533841A (en) 1976-07-01 1978-01-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacture of image input element
US4793697A (en) 1986-08-04 1988-12-27 Motorola, Inc. PLZT shutter with minimized space charge degradation
FR2665270B1 (fr) 1990-07-27 1994-05-13 Etat Francais Cnet Dispositif modulateur spatial de lumiere et systeme d'holographie conoscopique a grande dynamique comportant un tel dispositif modulateur.
US5221989A (en) 1991-11-13 1993-06-22 Northrop Corporation Longitudinal plzt spatial light modulator
US5488504A (en) 1993-08-20 1996-01-30 Martin Marietta Corp. Hybridized asymmetric fabry-perot quantum well light modulator
US5497258A (en) 1994-05-27 1996-03-05 The Regents Of The University Of Colorado Spatial light modulator including a VLSI chip and using solder for horizontal and vertical component positioning
US6525867B1 (en) * 1999-07-07 2003-02-25 Lots Technology, Inc. Fast response micro-modulator arrays
JP3829548B2 (ja) 1999-09-24 2006-10-04 ソニー株式会社 機能性材料および機能素子
US6819463B2 (en) 2002-05-10 2004-11-16 Corporation For National Research Initiatives Electro-optic phase-only spatial light modulator
US7016094B2 (en) * 2004-01-12 2006-03-21 Sharp Laboratories Of America, Inc. Nonvolatile solid state electro-optic modulator
JP4176722B2 (ja) 2004-01-20 2008-11-05 シャープ株式会社 表示素子および表示装置
JP2006065037A (ja) 2004-08-27 2006-03-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ゲートスイッチおよび空間光スイッチ
US7562694B2 (en) 2004-10-01 2009-07-21 Magneco/Metrel, Inc. Refractory casting method
US20100001371A1 (en) 2007-12-05 2010-01-07 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device having capacitor including a high dielectric film and manufacture method of the same
CN101281301A (zh) 2008-05-22 2008-10-08 上海交通大学 基于双面金属反射型偏振无关晶体电光调制器
JP2010019630A (ja) * 2008-07-09 2010-01-28 Tokyo Institute Of Technology 顕微分光装置
WO2010071141A1 (ja) * 2008-12-18 2010-06-24 日本電気株式会社 光スイッチ
KR20100077717A (ko) 2008-12-29 2010-07-08 삼성전자주식회사 지그재그 에러를 보정할 수 있는 광주사 장치, 이를 채용한화상 형성 장치 및 광주사 장치의 지그재그 에러 보정방법
JP2010224003A (ja) 2009-03-19 2010-10-07 Sunx Ltd 光偏向装置及び電気光学素子ユニット
JP2010238856A (ja) 2009-03-31 2010-10-21 Tdk Corp 圧電体素子及びジャイロセンサ
KR101675111B1 (ko) 2010-01-08 2016-11-11 삼성전자주식회사 광 이미지 셔터 및 그 제조 방법
CN102096206B (zh) 2010-12-31 2012-11-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 电光可变光衰减器
JP5839897B2 (ja) 2011-09-02 2016-01-06 オリンパス株式会社 非線形光学顕微鏡
JP2014089340A (ja) 2012-10-30 2014-05-15 Fdk Corp 電気光学素子、および電気光学素子の製造方法
JP2014089341A (ja) 2012-10-30 2014-05-15 Fdk Corp 電気光学素子、および電気光学素子の製造方法
JP2014202786A (ja) 2013-04-01 2014-10-27 日本電信電話株式会社 可変焦点レンズ
CN103605217A (zh) 2013-11-29 2014-02-26 哈尔滨工业大学 利用电控二次电光效应实现入射光偏转的光开关方法
JP6206922B2 (ja) 2014-02-21 2017-10-04 日本電信電話株式会社 電気光学素子
FR3027414B1 (fr) 2014-10-15 2017-11-10 Photline Tech Modulateur de phase electro­optique et procede de modulation
US20180276843A1 (en) 2014-12-09 2018-09-27 Basf Se Optical detector
US11550172B2 (en) * 2017-12-05 2023-01-10 Hamamatsu Photonics K.K. Reflective spatial light modulator having a perovskite-type electro-optic crystal, optical observation device including same, and light irradiation device including same
WO2019111334A1 (ja) * 2017-12-05 2019-06-13 浜松ホトニクス株式会社 反射型空間光変調器、光観察装置及び光照射装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030197273A1 (en) * 1992-07-28 2003-10-23 Dennison Charles H. Integrated circuit contact
US6211991B1 (en) * 1998-06-16 2001-04-03 Photon Dynamics, Inc. Modulator manufacturing process and device
WO2006007071A1 (en) * 2004-06-22 2006-01-19 3M Innovative Properties Company Capacitive touch panel sensor with improved transparency
CN1825579A (zh) * 2005-01-31 2006-08-30 三洋电机株式会社 电路衬底装置及电路装置
CN101316790A (zh) * 2005-09-29 2008-12-03 明锐有限公司 制造具有高对比率的反射空间光调制器的方法
JP2014219495A (ja) * 2013-05-07 2014-11-20 Fdk株式会社 空間光変調器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022037151A1 (zh) * 2020-08-21 2022-02-24 华为技术有限公司 空间光调制器和波长选择开关

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