CN1147756C - 具有倒磁畴的电子光学器件和利用该器件的电子光学装置 - Google Patents

具有倒磁畴的电子光学器件和利用该器件的电子光学装置

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Abstract

一种诸如光偏转器之类的电子光学器件，包括一个铁电基片，一些设置于此基片的主表面上的电极及一个在该基片内部形成的具有例如三角形的多边形状的倒磁畴，这些磁畴的诸畴壁中至少一个基本上垂直于该基片的诸主表面，而且一个光束穿过诸畴壁中的至少两个，于是允许快速随机存取、大偏转角和高分辨率。

Description

具有倒磁畴的电子光学器件和利用该器件的电子光学装置
技术领域
本发明涉及电子光学器件，更确切地说涉及诸如光偏转器之类利用电子光学效应的器件。
背景技术
技术上已知的利用电子光学效应的器件包括光偏转器和光调制器。不利用该效应的器件包括透镜和反射镜。
通常用来以电子方法使光束偏转的光偏转器包括电流计式、旋转多面反射镜式及旋转全息式。由于所有这些偏转器都是电气机械式偏转装置，故它们不适用于短期随机存取，虽然它们也允许高分辨率和相当高速的连续扫描。
其他高速偏转器靠一个声光衍射光栅利用布喇格(Bragg)衍射。这些具有微秒数量级的存取时间，然而它们只能产生很小的偏转角，它们在光点数上比可能被扫描者受到限制而且输出光束还分裂成若干个光束。
利用电子光学效应的偏转器以甚至更高的速度(例如纳秒数量级)工作，但是它们的分辨率仍然较低。
变焦距透镜是通过把一组透镜组合起来而制作的，该组透镜能用机械方法这样布置，以便改变它们之间的距离，然而这需要复杂的结构和操作，而且响应速度也不够。
直到现在，反射镜也是固定结构的，而且靠一个信号使其出现和消失的反射镜还是未知的。因而反射镜的实用性有限。
如上所述，诸如电气机械偏转器、利用声光效应的偏转器和利用电子光学效应的偏转器之类的常规的光偏转器都有其各自的优缺点。在先有技术中，尚不存在既具有高速又具有高分辨率的光转换器。
此外，尚没有单个的变焦距透镜或能被接通和切断的反射镜。
发明内容
因而本发明的一个目的在于提供诸如高分辨率光偏转器之类的一种电子光学器件，该器件允许快速随机存取，给出一个大偏转角，并具有高分辨率。
因而本发明涉及一种电子光学器件，该器件包括一个铁电基片，一些设置于该基片主表面上的电极和在该基片内形成的带有预定形状的一些倒磁畴(domain)，这些磁畴的至少一个畴壁与该基片的主表面垂直，并且一个光束至少穿过诸畴壁中的两个。
根据本发明的电子光学器件，通过经过在包括一组倒磁畴的该基片主表面上形成的一些电极施加一个电压，在该基片与诸倒磁畴之间产生一个折射率差。结果，一个光束在它穿过至少两个畴壁时被大大地偏转，即通过使它穿过一组邻接的畴壁可以使一个光束大为偏转。
因而本发明使得有可能很容易地构成一种电子光学器件，例如一种给出大偏转角和高分辨率的先偏转器(或光调制器)。此外，由于它与一个电压的施加有关，故它使得即使在随机存取的情况下也能快速连续扫描。
由于当该光束穿过一组畴壁时基于上述折射率差而得到一个大偏转角，故该光束能给出一个大会聚度或发散度，这适用于一种变焦距透镜。在此透镜中，靠一个电信号而不需要任何机械位移，该焦距可以变化，或者使该光束会聚或发散。
在一个反射镜的场合，由于通过施加一个电压靠上述折射率差而得到一个大偏转角，故光束透射和反射可以通过接通或切断该电压来实现，而且当该光束穿过一组磁畴时该反射效应增强。于是靠一个电信号而不需要任何机械位移，可以使此反射镜出现和消失。
此外，根据本发明的该电子光学器件，通过这样选择诸畴壁的形状，即这些畴壁中至少一个与该基片的上述主表面垂直，可以把一个光束在该器件中的传播方向保持成与上述主表面相平行，因而在该器件中的光束传播是稳定的。
另外，本发明提供一种电子光学装置，包括一个第一电子光学器件和一个第二电子光学器件，所述每个电子光学器件包括：一个铁电基片，一些设置于所述基片的主表面上的电极及一些在所述基片内部形成的具有预定形状的倒磁畴，所述诸磁畴的畴壁中至少一个畴壁垂直于所述基片的所述诸主表面，并且一个光束穿过所述诸畴壁中的至少两个；其中在与所述光束的传播方向成直角的一个截面中的两个垂直方向X、Y中，所述第一电子光学器件沿X方向处理所述光束而所述第二电子光学器件沿Y方向处理所述光束。
附图说明
图1是根据本发明的个实施例的一个光偏转器的示意斜视图。
图2是用来说明上述光偏转器的功能原理的原理图。
图3是一个利用单个磁畴晶体中的电子光学效应的洮偏转器的示意斜视图。图4是一个根据本发明利用单个磁畴晶体中的电子光学效应的光偏转器的示意斜视图。
图5是表示此光偏转器中的磁畴形状和光束偏转角的示意平面图。
图6A是表示偏转角相对于磁畴入射角而变化的曲线图，而图6B是表示在此光偏转器中偏转角随磁畴数而变化的曲线图。
图7是表示在此光偏转器中的最佳磁畴形状的示意斜视图。
图8是表示此光偏转器的具体形式的主要零件的平面图。
图9是表示此光偏转器的从一个出射端面的出射角相对于在此出射端面上的一个入射角而变化的曲线图。
图10是一个利用此光偏转器的光偏转系统的示意图。
图11是表示通过施加一个电场来形成磁畴的方法的示意斜视图。
图12是表示靠电子束辐照来形成磁畴的方法的示意斜视图。
图13是根据本发明的一个实施例的一种变焦距透镜的示意斜视图。
图14是表示此变焦距透镜的一种典型透镜形状的示意图。
图15是根据本发明的一个实施例的一种用于对一个光束的二维处理的器件的示意斜视图。
图16是根据本发明的一个实施例的另一种用于对一个光束的二维处理的器件的示意斜视图。
图17是根据本发明的一个实施例的一种电感应反射镜的示意斜视图。
图18是表示此电感应反射镜的机制原理的原理图。
图19是根据本发明的一个实施例的另一种光偏转器的示意斜视图。
具体实施方式
在本发明的该电子光学器件中，希望有至少两个带有被一个传播光束所水平穿过的对置的倒磁畴的畴壁，在其中每一个上该光束有不同的入射角，此光束根据一个施加在电极之间的电压被偏转，这些电极形成在一个基片的两个对置的主表面上。
对于上述反射镜来说特别适宜的是，诸畴壁以预定的周期层叠，以致该光束以预定的角入射，通过在该基片的两个对置的主表面上的电极之间施加一个电压来改变该光束的传播方向。
此外，对于上述变焦距透镜来说特别适宜的是，在该光束传播方向上有至少两个畴壁带有沿此方向的凸面和凹面，通过在该基片的两个对置的主表面上的电极之间施加一个电压使该光束会聚或发散。
处理可在一个与该光束传播方向成直角的截面内沿两个相互垂直的两个方向x、y进行，办法是使该光束穿过一个沿x方向处理它的电子光学器件，和一个沿Y方向处理它的电子光学器件。
在此场合，当设置一组上述电子光学器件时，该第一器件的光束出射边缘与该第二器件的光束入射边缘被这样布置，致使它们是邻接的而该两个器件的诸主表面是相互垂直的，该光束沿两个方向被偏转或被弄成会聚或发散。
当上述该组器件被经过一个装置布置，该装置具有用来使在一个与该光束传播方向成直角的截面内的该两个垂直方向X、Y互换的功能，这时希望第一电子光学器件和第二电子光学器件这样排列，即它们各自的主表面彼此平行。
当该光束的偏振方向被这样偏转，致使它垂直于该基片的主表面，而且该光束被这样偏转，致使它垂直于该光束传播方向且还垂直于该原始光束传播方向，这时在一个与该原始光束传播方向成直角的截面内的X、Y方向可以互换。
当在对置主表面的大体上整个面积上设置诸电极，而且根据一个施加于这些电极之间的电压来改变该光束传播方向时，该光束传播方向可以保持与该基片平行，以防止不必要的光束发散。
当该基片包含LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)的晶体，而且诸畴壁的一侧平行于诸晶体的镜面时，诸畴壁的平面度得到改善因而可以得到良好的折射，因而这是一种想要的结构。
当形成上述倒磁畴时，电极例如设置在该基片的两个主表面上，一个具有预定形状的电极设置在至少一个主表面上，而诸倒磁畴通过在两个主表面之间施加一个电压而按预定的造形形成(在预定造形中诸极被颠倒)。
要不然的话，诸倒磁畴通过用一个电子束或用带有负电荷的带电粒子来辐照该基片的自发极化的负极表面而按预定的造形形成(在预定造形中诸极被颠倒)。
要不然的话，诸倒磁畴通过用一个电子束或用带有正电荷的带电粒子来辐照该基片的自发极化的正极表面而按预定的造形形成(在预定造形中诸极被颠倒)。
当在本发明的电子光学器件中一个具有预定形状的电极在该基片的至少一个主表面上形成而通过在诸电极之间施加一个电压使在预定电极造形中诸极被颠倒时，当至少在诸主表面之一上的该电极为多边形时，以及当此电极的至少一个边平行于组成该基片的诸晶体的镜面时，该畴壁的该光束入射于其上的那一侧平行于此镜方向，以致该畴壁的平面度得到改善。
在此场合，该基片可以由LiNbxTa1-xO3晶体(其中0≤x≤1)组成。
下面将对照具体的实施例详细描述本发明。光偏转器的场合
首先将描述一个实施例，其中本发明运用于一个利用电子光学效应的光偏转器。
当一个光束从一种具有一定的折射率的介质进入一种具有不同折射率的介质时，其路径被该两种介质之间的折射所弯曲。如果该介质具有一种电子光学效应，则该折射角由于与一个电信号有关的该介质折射率的变化而变化，因而该光束的路径根据该信号而弯曲。
如图1中所示，一个根据本实施例的光偏转器件40基本上包括一个铁电基片1，一组在此基片内部形成的倒磁畴2，覆盖在该基片的两个主表面上的电极膜3、4，以及一个用来在这些电极之间施加一个电压的电信号发生器7。
该基片1的诸晶体的方向(图中朝上的箭头所指示的自发极化的方向)与磁畴2的诸晶体的方向彼此成180°，如图1(和图2)中所示。该磁畴2的畴壁2a、2b中至少一个(这里是两个)大体上垂直于该基片1的主表面43、44，而一个光束41穿过至少两个畴壁(即2a→b→2a…)。
如图1(和图2)中所示，该光41从一个端5进入该器件，依次穿过该基片1和磁畴2，并且从在对侧的一个端面6出射。由于折射率变化，出射光束42的行进方向相对于光束41的行进方向变动了角Φ，该折射率变化与由该信号发生器7在电极3与4之间所施加的一个信号电压有关。
具有电子光学效应的晶体的折射率变化的量值与施加于诸晶体的电场的量值成正比，而当所加电场的方向倒转180°时，折射率变化的符号也改变。
由于诸晶体的方向在该基片1和磁畴2中彼此成180°，故根据在该电极3、4之间所施加的该信号电压，在该基片1与磁畴2之间产生一个折射率变化，而且该光束的弯曲角也相应地改变。
图2示意地表示根据本实施例的该器件的工作。在光束41进入其极与诸基片晶体1的极相比被颠倒的磁畴2之后，该折射率由于信号发生器7的该信号电压而改变(弯曲角变化)，因而出射光束42从原始路径偏离(然而由于电压的极性，该折射方向与图1的方向相反)。在此场合，该光束穿过一组磁畴2，致使该弯曲角在每次机会中都改变，而最后得到的光束42偏转了相当大的角。
如下文所述，采用半导体石印术能制成高精度的精细结构。根据本实施例，通过以一单个器件内的一些磁畴的形式制作一组折射棱镜，于是可以用一种极简单的工艺获得一个用单个棱镜无法实现的大偏转角，并且无需诸如切割、抛光和粘结之类的机械程序。而且不用像在涂覆棱镜法中那样，担心由于应用引起棱镜的“脱皮”或电极膜的脱皮。
根据本实施例，如图3中用一单个磁畴的原理中所示，该畴壁垂直于主表面43、44，而且由于电极3、4在整个面积上形成，故两极之间的电力线10实际上垂直于主表面43、44。结果，光束41的行进方向始终保持平行于主表面43、44而防止不必要的光束发散。
另一方面，在图4的场合，一个电极3A形成具有与磁畴2相同形状的图形。这是一个光偏转器件，其中使该折射率仅在对单磁畴晶体施加一个电压的部分中变化，然而这里，电力线10A在电极3A的边缘处弯曲。折射率分布因而变形，而光束42A倾向于不必要地弯曲。
图3表示根据本实施例的电子光学器件的最佳形式的原理。通过把电极3、4覆盖在整个器件上而得到均匀的电力线10，此外，通过选择一种带有一个垂直于该基片1的主表面的畴壁的磁畴，使得不同折射率之间的边界垂直于该基片的该主表面。因此，即使光线穿过不同折射率的面积，其行进方向始终保持平行于该器件的主表面而防止不必要的光束发散。
根据本实施例，如下文所述，通过选择LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)或KTiOPO4(KTP)作为基片1的材料而得到一种带有一个垂直于该基片1的主表面的畴壁的磁畴。
当光束被折射时，它必须在与该光束行进方向成直角的该截面的整个面积上以相同的角度折射，所以该畴壁须在该光束横截面的整个面积上十分平坦。
尤其是，当选择LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)作为该基片的材料时，通过选择该畴壁的该光束入射于其上的那一侧平行于该基片的诸晶体的一个镜面，该畴壁的平面度可以得到改善。
接下来，将作为一种根据本发明的光偏转器的设计示例描述一种氧化锂铌(LiNbO3)基片的场合。
涉及到在该基片1中形成的该磁畴2的形状，氧化锂铌(LiNbO3)的一个基本物理常数是针对632.8nm波长的反常光的折射率n0＝2.200。利用一个电子光学常数r33＝30.8×10-12m/V，假定该光束的波长为λ＝632.8nm并假定极化沿氧化锂铌(LiNbO3)自发极化的方向(C轴)。
当在电极3、4之间施加一个电场E(V/m)时该折射率变化为：
Δn0＝(1/2)·n0 3·r33×E…(1)
当一个光束以入射角θ1从具有折射率n1的介质1进入具有折射率n2的介质2时，以及当从介质1到介质2的出射角为θ2时，此关系可以用斯涅耳(Snell)定律来表达：
sinθ1/sinθ2＝n2/n1…(2)
从式(2)中可以看出，当对图1中所示的电极3、4施加一个电场，使电极3处于高电位时，基片1的折射率为n0+Δn0′而磁畴2的折射率为n0-Δn0′相对于从基片1到磁畴2的入射角θ1的折射角Δθs(图5)为：
Δθs＝sin-1〔{(n0-Δn0)/(n0+Δn0)}×sinθ1〕-θ1…(3)
而且，相对于从磁畴2到基片1的入射角θ1的折射角Δθd(图5)为：
Δθd＝sin-1〔{(n0-Δn0)/(n0+Δn0)}×sinθ1〕-θ1…(4)
根据(1)、(3)、(4)，图6A针对氧化锂铌(LiNbO3)表示当一个电场E＝500,000V/m施加于该器件时的Δθs和Δθd。
据此可以看出，对磁畴2的较大的入射/出射角给出较大的偏转角，而且特别看出，一个75°以上的入射角是可取的。其中，当θ1选成85°时，偏转角(|Δθs|+|Δθd|)大约为0.1°。
可取的是，磁畴2的其他侧面尽可能平行于该光束，致使没有光的输入/输出。还希望磁畴2的形状为三角形，例如如图5和图7中所示。
如果沿该光束的行进方向布置大约10个这种磁畴2，则每当该光束穿过一个磁畴2该偏转角都增加，以致最终产生一个大约1°的较大的偏转角。图6B表示该磁畴数与偏转角之间的关系。
接下来将描述怎样通过选择该器件的出射端面6能进一步加大该偏转角。
由于氧化锂铌(LiNbO3)的折射率n1为2.200而空气的折射率n2为1，故图8中所示的从器件内部到出射端面6的入射角θ1与从端面6到大气的出射角θ2之间的关系，根据式(2)为如图9中所示。
当入射角θ1设定成大到一个临界角(27°)时，该偏转角可以显著地增加。例如，当入射角θ1为26°，而一个入射于出射端面6上的光束的偏转角为1°时，从该器件出射的该光束给出一个大约6°的大偏转角。
因此，通过适当地设计磁畴2的形状和出射端面6的角度可以制作出具有一个大偏转角的器件40。
如图10中所示，根据本实施例的光偏转器40可以用作一个光学系统。此系统可以用于各种场合，例如一个激光扫描显示装置、激光切割机或激光打印机。
在此光学系统中，一个来自He-Ne激光器50的激光束51被反射镜52反射，它的相位由一个1/2λ板53来调整，它被一个偏振器54转换成具有预定的偏振分量的光束41，此光束经一个光圈55和透镜56照射在光偏转器40(相当于图8中所示的该器件)上，通过施加一个来自信号发生器57的信号电压来偏转该光束，于是使所偏转的光束42扫描一个诸如屏幕之类的目标58，该信号电压被一个放大器59放大成想要的电平，其电压由一个电压表60来测量。
接下来将描述制作上述光偏转器40的某些方法。
为了制作该器件，磁畴2被形成，电极3、4被形成，端面5、6被抛光然后涂敷一个非反光覆盖层6。下面将详细描述这些处理中的每一个。
根据第一方法，诸磁畴2是例如通过对氧化锂铌(LiNbO3)基片1施加一个电场来形成的，如图11中示意地表示的那样。一些三角形的电极13或其他形状的电极通过用普通石印术在氧化锂铌(LiNbO3)Z板1的+Z面(+C面)上覆盖一层铝膜而形成，而一个平坦电极14在该Z板1的-Z面(-C面)上形成。然后由信号发生器61施加一个20kV/mm以上的电场，使+Z面上的诸电极13处于比-Z面上的电极14高的电位。
由此形成一组倒磁畴2，在诸电极13的直接下方具有实际上与诸电极13相同的图形，以致产生如图1中所示的器件40。在此场合，在去除诸电极13之后涂敷平坦电极3，但平坦电极3也可以涂敷在诸电极13之上而不用去除它们。
一种与图11中所示的通过施加一个外界电场来形成磁畴的方法类似的方法在山田忠广(Tadahiro Yamada)等人的“模拟相位调整的波导SHG器件”中披露，日本电子信息及通信工程师学会会刊，C-I，Vol.J77-C-1，No5，第206～213页(1994)。然而，此发表的该方法涉及SHG器件，而且除非在形成诸磁畴之后去除包括倒电极在内的所有电极，光在该电极区里衰减。因而本实施例的该光偏转器与这种类型的SHG器件的明显不同在于，虽然形成磁畴的方法是类似的，但诸电极乃是为了改变折射率所必须的。
根据另一种形成磁畴2的方法，用一个电子束辐照该氧化锂铌(LiNbO3)基板1，如图12中所示意地表示的那样。通过在该氧化锂铌(LiNbO3)的Z板1的+Z面(+C面)上沉积一层Al膜而形成一个平坦电极15，而且在蚀刻之后，在室温下用一个20kV(加速电压)×t(t＝基片1的厚度t(mm))的电子束62扫描并辐照-Z面(-C面)上的希望在那里形成磁畴2的部分。
借此在基片1中按一种预定的图形形成一组倒磁畴2(其中极方向与图11的方向相反)。接着，在该基片的两个表面上形成电极3、4，不过可能允许保留上述电极15。
一种与图12中所示的通过电子束辐照来形成磁畴的方法类似的方法在“在实温下用直接电子束石印法制作用于LiNbO3中的SHG的周期性倒磁畴结构”中披露，电子通信，Vol.27，No.10，第828～829页(1991)。然而此方法也是针对SHG器件。
上述两种磁畴形成方法对于诸如LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)或KTP之类的铁电基片是有效的。
在其中形成磁畴2的该基片中还有由于在其形成中的变形应力引起的电场和由于注入的电荷引起的电场。这引起该基片1的折射率不均匀地变化并使该基片对该信号电场不大敏感。为了避免这种情况，该基片最好退火。把氧化锂铌(LiNbO3)加热到150℃到700℃之间的一个温度几十分钟，而把氧化锂钽(LiTaO3)加热到高达居里点的一个温度几小时，最好在氧气气氛中(不然的话，在空气中)。
接着，例如通过气相沉积或溅射在该基片1的两侧形成一层诸如Al之类的导电膜，注意不要使电极3与4短路。
接着，把该基片1切割成预定的形状，把端面5、6光学抛光，并通过气相沉积之类在两端面5、6上覆盖多层介电材料，使它对于将要使用的该光束来说不反光，这样就完成了该器件的制作。
这样一来，一种允许快速随机存取的，给出一个大偏转角并提供高分辨率的光偏转器，可以很容易地高精度地制作出来。变焦距透镜的场合
接下来将描述一个示例，其中本发明运用于一个其焦距可以根据一个电信号来变化的透镜。
这种变焦距透镜也利用电子光学效应。像在上述光偏转器的场合一样，当一个电场施加于其方向相对于该基片晶体方向颠倒180°的诸磁畴时，根据所加电场在诸磁畴间出现折光率差。
因而，如图13中所示，一个变焦距透镜70基本上包括一个铁电基片1A，一组在此基片内部制作的磁畴2A，覆盖在该基片的两个表面43A、44A上的电极膜73、74，以及一个连接在这些电极之间的会聚/发散信号发生器77。
该基片1A的诸晶体的方向与该磁畴2A的诸晶体的方向彼此成180°，与图1所示基片晶体方向与磁畴晶体方向的关系相同。在一个光束71的传播方向有至少两个畴壁，带有相对于此方向的投影面76a或塌陷表面76b，通过在处于该基片的两个对置的主表面上的电极73、74之间施加一个电压来使该光束71会聚或发散。
光束71入射在该器件的一个端面75上，依次穿过该基片1A和诸磁畴2A，并作为光束72从一个位于该器件对侧的端面76出射。根据一个来自信号发生器77的电信号使此光束72会聚或发散。
由于基片1A与磁畴2A的晶体方向彼此成180°，故根据在电极73、74之间所施加的信号电压在该基片1A与诸磁畴2A之间出现上述折射率差，因而使该光束相应地会聚或发散。
接下来将以一种锂铌基片的场合描述根据本实施例设计变焦距透镜70的方法。
该基片的基本物理常数、电子光学效应和折射定律与针对上述光偏转器所描述者相同。
例如，上述磁畴结构的诸透镜2A设计成如图14中所示。如果相对于该光束71的传播方向在前侧76a上的曲率半径r和在后侧76b上的曲率半径r都为20μm，则一个透镜的焦距为：
f＝ns·r(nd-ns)…(5)
式中ns、nd分别为当施加50kV/m时该基片和诸磁畴的折射率。
把
ns＝2.2-8.199×10-5
nd＝2.2+8.199×10-5
代入此式(5)中(波长λ＝0.633μm)，f＝大约27cm。
当如图13中所示布置一组这种透镜并使该光束连续地穿过它们，例如穿过N＝300个透镜时，总系统的焦距fN为：
fN＝f/N…(6)
  ＝大约0.9mm
此透镜的焦距根据该电场的量值而变化，例如当把该电场的量值设定成零时，对该光束来说所有的透镜均消失(没有透镜效应)，而没有会聚或发散。
当沿着与以上相反的方向施加一个电场时，该透镜部分中的折射率反而变成较小的，以致该光束根据该电场的量值而发散。
因此，在根据本实施例的透镜70中，焦距、会聚和发散可以根据该电场的方向和量值而变化，或者换句话说，可以实现一种具有可根据一个信号电场而改变的焦距的透镜。
此变焦距透镜70可以用与上面针对一种光偏转器所描述者相同的方法容易地高精度地制作出来。沿2维的光束偏转、会聚和发散
上述光偏转器和透镜二者均沿一维产生偏转、会聚和发散，然而在下面这个实施例中，将描述这些效应沿两维的产生。
在第一种方法中，如图15中所示，使用两个器件40，即器件40A和40B，前者的输出边缘6A和后者的输入边缘5B被并列成这些器件的主表面垂直。在图15中，上述诸磁畴示意地用诸器件中的2A、2B来用图形表示。诸电极没有画出。
光束41从一个端面5A进入该器件40A，而且靠一个来自信号发生器7A的信号电压沿一个方向Y偏转该光束或使它会聚或发散。然后该光束从端面5B进入该器件40B，靠一个来自信号发生器7B的信号电压沿方向X偏转或使它会聚或发散，然后从输出端面6B输出到外边。
因此，可以通过使其依次穿过两个垂直的器件40A、40B来沿两维X、Y处理该光束。
图16中所示的另一种2维处理的方法是把一个用来沿X方向处理该光束的器件80A与一个用来沿Y方向处理该光束的器件80B连接(在图16中，与该光束的行进方向一致的一组磁畴或电极没有画出)，使它们的主表面彼此平行。
该光束41从用来沿X方向处理该光束的器件80A的端面85A进入，被一个倾斜地光学抛光的端面86A整体地反射成垂直于该器件80A的一个主表面，从一个端面85B进入用来沿Y方向处理该光束的器件80B，被一个倾斜地光学抛光的端面87整体地反射成平行于该器件80A的主表面83A、84A并垂直于该光束在器件80A中的行进方向，在器件80B中平行于该器件80B的主表面83B、84B传播，从而作为已经沿两个方向X、Y被处理了的光束42从端面86B出射。
该光束的X方向和Y方向可以通过“弯曲”来互换。参见图16，在端面85A上用符号A、B、C、D标明一个光束截面的4个角，并从这4个角跟踪各光线，可以看到器件80A的X方向(A-D)转换成器件80B的Y方向(A′-D′)，而器件80A的Y方向(A-B)转换成器件80B的X方向(A′-B′)。因此，处理可由器件80A沿X方向来进行和由器件80B沿Y方向来进行。当然不言而喻，在器件80A、80B中每当该光束穿过一个磁畴就发生该偏转。
在一个利用氧化锂铌极颠倒的器件中，可取的是该光束偏振方向垂直于该基片的主表面。因而希望在器件80A与80B之间插入一个1/2半波板88，以便即使在器件80B中该偏振方向也垂直于该基片的主表面。于是，该光束能被这样偏转，以致它垂直于该光束传播方向并垂直于原始光束传播方向，而且在一个垂直于该原始光束传播方向的截面中，方向X、Y能被互换。
电感应反射镜的场合
图17和图18表示一个示例，其中本发明运用于一个由电场来感应的反光镜100。
一组倒磁畴2例如用上述方法在一个锂铌基片1上形成。此磁畴结构是一种周期性颠倒的结构，其中5个磁畴从一个端面5到另一个端面6周期性层叠(在图18中，为了便于理解仅画出少数几个磁畴)。令该周期为Λ。
当在电极3、4之间施加一个预定的电场，如果该周期性颠倒结构的该周期Λ选成满足关系式：
K＝2k·cosθ…(7)
(K＝2π/Λ，k＝2n0π/λ(n0＝2.200〔λ＝0.633nm〕))式中该入射光束41的波长的λ而在一个周期性磁畴平坦表面90上的入射角为θ，则以θ角入射于端面5上的该光束被以一个-θ的出射角从该周期性磁结构反射，而得到反射光束42A。
因此，当例如该磁畴方向选成使该平坦表面90平行于该入射端面5时，仅当在电极3、4之间施加一个预定的电场时，以角θ1入射于端面5的一个光束才以角-θ1从端面6反射，而当在电极之间未施加电场时，该光束无反射地穿过该器件。
例如，当平坦表面90上的入射角为45°时，周期性磁畴结构的周期Λ可设定成0.2μm。
此电感应反射镜100可以用与上述光偏转器相同的方法来制作。
因而该电感应反射镜100可以用一个电场来接通和切断，并且它可以容易地高精度地制作出来。
除了本发明的上述实施例之外，可以进行各种修改而不脱离本发明的范围和精神。
例如，磁畴的造形、数量、排列和形成方法可以改变。具体地说，当在该基片中这样形成诸磁畴，即至少一个畴壁基本上垂直于该基片的主表面(电极设置于其上的表面)，而一个光束穿过至少两个畴壁(换句话说，穿过诸畴壁上至少两点)时，本发明的目的被实现。有可能有一个磁畴，其中表面2a、2b像上述那样设置，如图19中所示。
在此场合，希望有至少两个被该光束水平穿过的磁畴的畴壁，该光束在这些畴壁上的入射角是不同的。
除了上述电极13的三角形状外，该诸电极可以是诸如四边形或五边形之类的多边形，而且另一电极14也可以是多边形。此外代替使用上述电子束辐照，诸磁畴也可以通过用带有负电荷的带电粒子来辐照，或者通过用带有正电荷的带电粒子(例如质子)来辐照自发极化的该正极表面来形成。
当形成磁畴时，如果电极的至少一个边平行于组成该铁电基片的晶体的一个镜面，则极颠倒平滑地进行畴壁的该光光入射于其上的那一侧平行于此镜面，而该畴壁的平面度得到改善。
除了上述光偏转器、透镜和反射镜之外，本发明的电子光学器件可以用于诸如光调制器或信号处理器之类的包含磁畴并表现出电子光学效应的各种器件。
如上所述，根据本发明，倒磁畴，其中至少两个在一个铁电基片内形成带有预定的形状的诸畴壁中至少一个大体上垂直于该基片的主表面。因此，通过经在该基片的诸主表面上形成的电极施加一个电压，在该基片与诸倒磁畴之间造成一个折射率差。结果，一个光束在它穿过至少两个畴壁时放大为偏转，而通过使它穿过一组邻接的畴壁可以使一个光束大为偏转。
因而有可能很容易地构成一个给出大偏转角和高分辨率的电子光学器件，例如一个光偏转器(或光调制器)。此外，由于它与一个电压的施加有关，它使得即使在随机存取的情况下也可以快速连续扫描。
由于当该光束穿过一组畴壁时基于上述折射率差而得到一个大偏转角，该光束能给出适合用于一种变焦距透镜的大会聚或发散。在此透镜中，靠一个电信号而不需要任何机械位移即可改变焦距，或者使该光束会聚或发散。
在反射镜的场合，由于通过施加一个电压造成上述折射率差而得到一个大偏转，故可以通过接通和切断该电压而实现光束透射和反射，并且当该光束穿过一组磁畴时该反射效应增强。于是靠一个电信号而不需要任何机械位移即可使此反射镜出现和消失。
此外，根据本发明的该电子光学器件，通过这样选择诸畴壁的形状，使这些畴壁中的至少一个大体上垂直于该基片的上述主表面，即可以把一个光束在该器件中的传播方向保持成平行于该主表面，因此光束在该器件中的传播是稳定的。
本发明在不脱离它的精神或基本特征的情况可以以其他具体形式实施。因而这些实施例无论从哪一方面都应被看成说明性的而不是限定性的，本发明的范围由所附权利要求书而不是由以上描述来指明，因而包括在该权利要求书的等效含义和范围内的所有改动意味着将被包含在其中。

Claims (15)

1.一种电子光学器件，包括一个铁电基片，一些设置于所述基片的主表面上的电极及一些在所述基片内部形成的具有预定形状的倒磁畴，所述诸磁畴的畴壁中至少一个畴壁垂直于所述基片的所述诸主表面，并且一个光束穿过所述诸畴壁中的至少两个。
2.如权利要求1中所述的电子光学器件，包括由一个传播光束水平穿过的对置倒磁畴的至少两个畴壁，所述光束在这两个畴壁的每一个上有不同的入射角，所述光束根据在设置于所述基片的两个对置主表面上的电极之间所施加的电压而被偏转。
3.如权利要求1中所述的电子光学器件，其中所述畴壁以预定的周期层叠，致使所述光束以预定的角入射，而所述光束的传播方向通过在设置于所述基片的两个对置主表面上的电极之间施加一个电压来改变。
4.如权利要求1中所述的电子光学器件，包括至少两个带有相对于该光束传播方向来说呈现凸面或凹面的畴壁，而通过在设置于所述基片的两个对置主表面上的电极之间施加一个电压使所述光束会聚或发散。
5.如权利要求1中所述的电子光学器件，其中一些电极设置于所述对置主表面的整个面积上，而一个光束传播方向根据一个在这些电极之间所施加的电压来改变。
6.如权利要求1中所述的电子光学器件，其中所述基片包含一些LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)的晶体，而诸畴壁的一侧平行于所述诸晶体的一个镜面。
7.如权利要求1中所述的电子光学器件，其中电极设置于所述基片的该两个主表面中的每一个上，一个具有预定形状的电极设置于所述主表面中至少一个上，而所述诸倒磁畴通过在所述两个主表面之间施加一个电压来形成。
8.如权利要求1中所述的电子光学器件，其中所述诸倒磁畴通过用一个电子束或用一些有负电荷的带电粒子辐照所述基片的自发极化的该负极表面来形成。
9.如权利要求1中所述的电子光学器件，其中所述诸倒磁畴通过用一些有正电荷的带电粒子辐照所述基片的自发极化的该正极表面来形成。
10.如权利要求7中所述的电子光学器件，其中至少一个所述主表面上的所述电极是多边形的，而且所述电极的至少一个边平行于形成所述基片的诸晶体的一个镜面。
11.如权利要求10中所述的电子光学器件，其中所述基片包含一些LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)的晶体。
12.一种电子光学装置，包括一个第一电子光学器件和一个第二电子光学器件，所述每个电子光学器件包括：一个铁电基片，一些设置于所述基片的主表面上的电极及一些在所述基片内部形成的具有预定形状的倒磁畴，所述诸磁畴的畴壁中至少一个畴壁垂直于所述基片的所述诸主表面，并且一个光束穿过所述诸畴壁中的至少两个；
其中在与所述光束的传播方向成直角的一个截面中的两个垂直方向X、Y中，所述第一电子光学器件沿X方向处理所述光束而所述第二电子光学器件沿Y方向处理所述光束。
13.如权利要求12中所述的电子光学装置，其中所述第一电子光学器件的一个光束出射边缘和所述第二电子光学器件的一个光束入射边缘布置成它们是邻接的，而所述两个电子光学器件的诸主表面相互垂直。
14.如权利要求13中所述的电子光学装置，其中所述光束沿所述X、Y方向被偏转，而所述第一电子光学器件和所述第二电子光学器件排列成它们各自的主表面彼此平行。
15.如权利要求14中所述的电子光学装置，其中，所述光束的一个偏振方向被偏转成它垂直于所述基片的所述主表面，所述光束被偏转成它垂直于所述光束的传播方向并且还垂直于一个原始光束传播方向，并且其中，在与所述初始光束传播方向成直角的一个截面中，所述X、Y方向被互换。
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