JP2006235493A - 光制御システムおよびファブリーペロー型共振器の校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 共振器長がばらついても、安定な共振波長の得られる光制御システムを提供する。
【解決手段】 光制御システム１００において、ファブリーペロー型共振器は、印加する電圧に応じて屈折率が変化する光変調膜３４が反射層に挟設される光制御装置８であり、共振器長が固定されている。レーザ光源７２は、ファブリーペロー型共振器である光制御装置８にレーザ光を照射する。レーザ光源７２、光制御装置８は、それぞれ可動マウンタ８２、８４上に設置されている。プリズム８０は、光制御装置８から反射されるレーザ光の光路上に配置され、レーザ光のビームパターンを補正する。調節手段は、可動マウンタ８２、８４を傾動させることによりレーザ光の光制御装置８への入射角を調節する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ファブリーペロー型共振器構造を有する光制御システムに関する。

近年、大容量の記録方式として、ホログラムの原理を利用したデジタル情報記録システムが知られている（たとえば特許文献１）。

ホログラム記録装置の空間光変調器の材料としては、たとえばチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（以下、ＰＬＺＴという）等の電気光学効果を有するものを用いることができる。ＰＬＺＴは、（Ｐｂ_1-yＬａ_y）（Ｚｒ_1-xＴｉ_x）Ｏ₃の組成を有する透明セラミックスである。電気光学効果とは、物質に電界を印加するとその物質に分極が生じ屈折率が変化する現象をいう。電気光学効果を利用すると、印加電圧をオン、オフすることにより光の位相を切り替えることができる。そのため、電気光学効果を有する光変調材料を空間光変調器等の光シャッターに適用することができる。

こうした光シャッター等の素子への適用においては、従来、バルクのＰＬＺＴが広く利用されてきた（特許文献２）。しかし、バルクＰＬＺＴを用いた光シャッターは、微細化、集積化の要請や、動作電圧の低減や低コスト化の要請に応えることは困難である。また、バルク法は、原料となる金属酸化物を混合した後、１０００℃以上の高温で処理する工程を含むため、素子形成プロセスに適用した場合、材料の選択や素子構造等に多くの制約が加わることとなる。

こうしたことから、バルクＰＬＺＴに代え、基材上に形成した薄膜のＰＬＺＴを光制御素子へ応用する試みが検討されている。特許文献３には、ガラス等の透明基板上にＰＬＺＴ膜を形成し、その上に櫛形電極を設けた表示装置が記載されている。この表示装置は、ＰＬＺＴ膜が形成された表示基板の両面に偏光板が設けられた構成を有する。ここで、各画素の電極端子部が外部の駆動回路と接続されることにより、所望の画素が駆動され、表示基板の一面側に設けられた光源からの透過光により所望の表示をすることができるようになっている。
特開２００２−２９７００８号公報 特開平５−２５７１０３号公報 特開平７−１４６６５７号公報

本発明者は、薄膜のＰＬＺＴを光制御素子へ応用する例として、ＰＬＺＴ膜を光変調膜とし、この光変調膜の両面に反射層を設けたファブリーペロー型の共振器構造を有する光制御装置について検討を行った。この光制御装置は、光変調膜と、それを挟むようにして設けられた２枚の反射層を備え、光変調膜に印加する電界によりその屈折率を変化させ、光制御装置の共振波長をシフトさせることにより光を制御するものである。

ファブリーペロー型共振器において、その共振波長λｍは、λｍ＝２ｎｔｃｏｓθ／ｍで与えられる。ここで、ｍは次数、ｎは共振器内部の屈折率、ｔは共振器長、θは共振器内部のレーザ光の入射角を表す。ここでは、光変調膜の膜厚が共振器長ｔに相当する。

共振波長λｍは、共振器長ｔに比例するため、光変調膜の膜厚がばらつくと、共振波長がばらついてしまうことになる。すなわち、共振波長λｍの再現性を得るには、光変調膜の厚みｔについては非常に高い精度が要求される。
ここで、光変調膜の厚み方向に電界を印加する場合、十分な電界を得るためには電圧との関係からその厚みを１μｍ程度まで薄くする必要がある。しかしながら、このような薄いＰＬＺＴ膜の膜厚を１％程度の高い精度で形成することは困難である。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は共振器長がばらついても、安定な共振波長の得られる光制御システムの提供にある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光制御システムは、共振器長が固定されたファブリーペロー型共振器と、ファブリーペロー型共振器にレーザ光を照射するレーザ光源と、レーザ光のファブリーペロー型共振器への入射角を調節する調節手段と、を備える。

この態様によると、レーザ光の入射角を変化させることにより、ファブリーペロー型共振器内部でのレーザ光の光路長が変化するため、共振波長を簡易に調整することができる。

ファブリーペロー型共振器は、印加する電圧に応じて屈折率が変化する光変調膜が反射層に挟設される光制御装置であってもよい。
光変調膜と２層の反射層を含む光制御装置においては、光変調膜の膜厚が変動すると、共振波長もそれに伴って変動することになるが、レーザ光の入射角を調節することにより、共振波長を所望の値に調節することができる。

ファブリーペロー型共振器は、可動式のマウンタ上に設置されており、調節手段は、可動式のマウンタを傾動させ、ファブリーペロー型共振器の設置方向を調節してもよい。

レーザ光源は、可動式の第２マウンタ上に設置されており、調節手段は、第２マウンタを傾動させ、レーザ光源の光軸を調節してもよい。

ファブリーペロー型共振器から反射されるレーザ光の光路上に配置され、レーザ光のビームパターンを補正する光学素子をさらに備えてもよい。この光学素子は、プリズムであってもよい。
ファブリーペロー型共振器へのレーザ光の入射角を変化させることによる像の歪みが問題となる場合には、光学素子を設けることによりビームパターンを補正することができる。

光制御装置は、基板と、基板上に設けられた第１の反射層と、第１の反射層上に設けられ、印加した電界により屈折率が制御可能な光変調膜と、光変調膜上に設けられた第２の反射層と、光変調膜に電界を印加する電極対と、を備えてもよい。
光変調膜は、印加した電界の２乗に比例して屈折率が変化する電気光学材料であってもよい。電気光学材料は、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛であってもよい。また、電極対は、マトリクス状に複数配置されてもよい。

本発明の別の態様は、校正方法である。この校正方法は、印加する電圧に応じて屈折率が変化する光変調膜が反射層に挟設されるファブリーペロー型共振器の校正方法であって、光変調膜に所定の電圧を印加する電圧印加ステップと、光制御装置にレーザ光を入射し、当該光制御装置から反射されるレーザ光の強度を測定する測定ステップと、測定ステップにおいて測定されるレーザ光の強度が、所定の電圧を印加したときに得られるべき設計値に近づくように、光制御装置に対するレーザ光の入射角を調節する調節ステップと、を備える。

所定の電圧は、光制御装置の反射率が設計上、最小となる電圧であってもよい。光制御装置の反射率が最小となる状態において、測定ステップにおいて測定されるレーザ光の強度が最小となるようにレーザ光の入射角を調節することにより、共振波長を高精度で校正することができる。

本発明に係る光制御システムによれば、共振器長がばらついても、安定な共振波長を得ることができる。

本実施の形態に係る光制御装置の概要を説明する。この光制御装置は、外部からの電圧印加によって反射率が変化する光変調器である。この光制御装置は、ファブリーペロー型の共振器構造を有し、電界の印加に応じて屈折率の変化する光変調膜と、この光変調膜を挟むようにして形成される２層の反射層を備える。光制御装置は、レーザ光源および光学系とともに光制御システムを構成する。光制御装置には、所定の入射角でレーザ光が入射される。光制御装置により反射されたレーザ光は、光制御装置の反射率に比例した強度を有するため、この反射光を記録媒体あるいは光検出素子等により記録、検出することによりさまざまなアプリケーションに利用することができる。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る光制御装置８の平面図を示す。光制御装置８は、基板３０上に８行８列の２次元状に配列された複数の画素１０を備える。各画素１０は、２０μｍ×２０μｍ程度のサイズにて構成される。各画素１０には、外部から反射率を制御するための制御信号ＣＮＴが入力される。
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光制御装置のＡ−Ａ’線断面図を示す。光制御装置８は、基板３０、第１反射層３２、光変調膜３４、透明電極３６、配線３８、第２反射層４０を含む。

本実施の形態に係る光制御装置８は、基板３０上に形成される。この基板３０の材料としては、表面が平坦なガラス、シリコンなどを好適に用いることができる。
基板３０上には、第１反射層３２が形成される。第１反射層３２の材料としては、たとえばＰｔなどの金属材料を好適に用いることができる。第１反射層３２の厚みは、２００ｎｍ程度とする。本実施の形態において、第１反射層３２はＰｔで形成され、この第１反射層３２は、後述するように光変調膜３４に電界を印加する電極としても機能する。
第１反射層３２をＰｔで形成した場合、第１反射層３２の反射率は６０％から８０％程度となる。

第１反射層３２の上面には光変調膜３４が設けられる。この光変調膜３４の材料としては、印加した電界に応じて屈折率が変化する固体の電気光学材料を選択する。このような電気光学材料としては、ＰＬＺＴ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ_３、ＧａＡ−ＭＱＷ、ＳＢＮ（（Ｓｒ，Ｂａ）Ｎｂ_２Ｏ_６）等を用いることができるが、特にＰＬＺＴが好適に用いられる。光変調膜３４の厚みｔは、入射光の入射角および波長に応じて決定され、たとえば入射光を６５０ｎｍ付近の赤色光とした場合、５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。後述のように、光変調膜３４に印加される電界は、厚み方向に印加されるため、膜厚が１５００ｎｍ以上であると、十分な屈折率変化を得るための電界を印加することが困難となる。また、膜厚が５００ｎｍ以下であると、十分な光学膜厚変化Δｎｔが得られない。

光変調膜３４の上面には、透明電極３６が設けられる。透明電極３６は、たとえば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯ_２などにより形成することができる。透明電極３６をＩＴＯやＺｎＯで形成した場合、その厚みは１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とする。ＩｒＯ_２で形成する場合には、膜厚をより薄く、例えば５０ｎｍ程度とすることが望ましい。この透明電極３６は、抵抗値と透過率がトレードオフの関係となるため、その厚みは実験的に定めてもよい。
この透明電極３６は、画素１０ごとにマトリクス状に配置して形成される。

透明電極３６の上面には、第２反射層４０が形成される。この第２反射層４０は、誘電体多層膜によって形成され、屈折率の異なる第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４が交互に積層される。第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４の材料の組み合わせとしては、ＳｉＯ_２（ｎ＝１．４８）、Ｓｉ_３Ｎ_４（ｎ＝２．０）を用いることができる。

誘電体多層膜をシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜で形成する場合、シリコン半導体集積回路の製造プロセスおよび製造装置をそのまま使用することができる。
誘電体多層膜は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができる。ＳｉＯ_２膜は、ＴＥＯＳ、Ｏ_２雰囲気中で温度２００℃の条件で成長させ、Ｓｉ_３Ｎ_４膜は、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３雰囲気中で温度２００℃の条件で好適に成長させることができる。
また、誘電体多層膜は、イオンビームスパッタ法により形成してもよい。

第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４のそれぞれの厚みｔ１、ｔ２は、光制御装置８に入射する光の波長の１／４となるように設計する。すなわち、光制御装置８に入射する光の波長をλ、誘電体膜の屈折率をｎとすると、各誘電体膜１層分の厚みｔは、ｔ＝λ／（ｎ×４）となるように調節する。

たとえば、光制御装置８に波長λ＝６３３ｎｍの赤色のレーザ光が用いられる場合には、第１誘電体膜４２の厚みｔ１は、その材料としてＳｉＯ_２（ｎ＝１．４８）とした場合、ｔ１＝６３３／（４×１．４８）＝１０６ｎｍ程度とする。また、第２誘電体膜４４の厚みｔ２は、材料としてＳｉ_３Ｎ_４（ｎ＝２．０）を用いた場合、ｔ２＝６３３／（４×２）＝７９ｎｍ程度とする。第２反射層４０を構成する誘電体膜の厚みｔ１、ｔ２は、必ずしも厳密にλ／４に設計されている必要はない。

誘電体膜の材料としてはシリコン窒化膜に替えて、ＴｉＯ_３（ｎ＝２．２）を用いてもよい。この場合、第２誘電体膜４４の厚みｔ２は、ｔ２＝６３３／（４×２．２）＝７２ｎｍ程度とする。

図１（ｂ）において、光変調膜３４から第２反射層４０に入射する光の反射率Ｒ２は、光変調膜３４から第１反射層３２に入射する光の反射率Ｒ１と等しくなるように設計する。反射率Ｒ１は、第１反射層３２に用いる金属材料によって定まり、Ｐｔを選択する場合、６０〜８０％となる。
従ってこのとき、反射率Ｒ２も６０〜８０％となるように設計する。第２反射層４０の反射率Ｒ２は、第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４の材料および厚みによって調節することができる。本実施の形態においては、図１（ｂ）に示すように、第２反射層４０は、第１誘電体膜４２および第２誘電体膜４４をそれぞれ３層づつ交互に積層している。第２反射層４０において、第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４を積層する順番は逆であってもよい。また、反射率Ｒ２を微調節するために、第３の誘電体膜をさらに積層してもよい。

第２反射層４０は、金属薄膜で形成されるハーフミラーとしてもよい。この場合、誘電体多層膜を形成する場合に比べて製造工程を簡易化することができる。

第２反射層４０は開口されており、ビアおよび配線３８を介して透明電極３６が外部に引き出されている。配線３８の材料としてはＡｌなどが好適に用いられる。
配線３８の上面には、さらに保護膜を形成してもよい。

本実施の形態においては、透明電極３６と第１反射層３２とが電極対を形成する。第１反射層３２の電位はたとえば接地電位に固定され、各画素の透明電極３６の電位は制御信号ＣＮＴによって制御される。

以上のように構成された光制御装置８の基本動作について説明する。
図２は、光制御装置８のひとつの画素１０の動作状態を模式的に示す。同図において、図１（ａ）、（ｂ）と同一の構成要素には同一の符号を付している。また、簡略化のため、透明電極３６などの構成要素は省略している。図中、ｎ_１、ｎ_２は屈折率を表す。
光制御装置８の上方から、強度Ｉｉｎのレーザ光が入射される。光制御装置８の第１反射層３２、光変調膜３４、第２反射層４０は、ファブリーペロー型の共振器を構成し、入射された光の一部が閉じこめられ、その一部が反射される。入射するレーザ光の強度をＩｉｎとし、光制御装置８によって反射されるレーザ光の強度をＩｏｕｔとするとき、光制御装置８の反射率Ｒは、Ｒ＝Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎで定義される。
図３は、光制御装置８に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す。

第１反射層３２、光変調膜３４、第２反射層４０により構成されるファブリーペロー型の共振器は、λｍ＝２ｎ_２ｔｃｏｓθ／ｍの共振波長を有する。ここで、ｍは次数、ｎ_２は光変調膜３４の屈折率、ｔは光変調膜３４の厚み、θは、光変調膜３４におけるレーザ光の入射角を表す。図３に示すように、光制御装置８の反射率Ｒは、共振波長λｍにおいて最小値をとる。

上述のように、光変調膜３４の屈折率ｎ_２は、電極対に印加される電界に依存する。いま、第１反射層３２を接地電位とし、図示しない透明電極３６に制御電圧Ｖｃｎｔを印加すると、光変調膜３４には、厚み方向に電界Ｅ＝Ｖｃｎｔ／ｔが印加される。光変調膜３４の屈折率ｎ_２の変化量Δｎと、印加される電界Ｅとの間には、Δｎ＝１／２×（ｎ_２）^３×Ｒ×Ｅ^２の関係が成り立つ。ここでＲは電気光学定数（カー定数）である。

図３の（Ｉ）は、制御電圧Ｖｃｎｔを印加しないときの反射特性を示す。
いま、各画素１０の透明電極３６に制御電圧Ｖｃｎｔとして電圧Ｖ１を印加すると、光変調膜３４の屈折率が変化し、共振器の共振波長がλｍ１からλｍ２にシフトする。このときの反射特性を図３に（ＩＩ）で示す。
光制御装置８に入射するレーザ光の波長をλｍ１とした場合、制御電圧Ｖｃｎｔを接地電位からある電圧値Ｖ１に変化させると、共振波長がシフトすることにより、光制御装置８の反射率はＲｍ１からＲｍ２に変化する。

ここで、電圧を印加しない場合の反射率Ｒｏｆｆと、電圧を印加した場合の反射率Ｒｏｎの比Ｒｏｎ／Ｒｏｆｆをオンオフ比と定義する。入射光の強度Ｉｉｎが一定のとき、反射光の強度Ｉｏｕｔは、反射率に比例することになる。したがって、オンオフ比が大きい方が反射光の強度Ｉｏｕｔをより精度良く制御できることになる。
共振波長λｍにおける光制御装置８の反射率は、第１反射層３２での反射率Ｒ１および第２反射層４０での反射率Ｒ２が近い程低くなる。したがって、上述のように、第２反射層４０の誘電体多層膜の層数、材料を調節し、第１反射層３２での反射率Ｒ１と第２反射層４０での反射率Ｒ２を等しく設計することにより、オフ時の反射率Ｒｍ１を低く設定し、オンオフ比を高くとることができる。

このように、本実施の形態に係る光制御装置８においては、光変調膜３４に印加する電界を変化させることにより、反射率を変化させ、反射光Ｉｏｕｔの強度を制御する光スイッチ素子を実現することができる。また、光変調膜３４の屈折率を変化させることにより、反射光の位相も制御することができるため、ホログラム記録装置などに好適に用いることができる。この光制御装置８は反射型の構成となっているため、入射光Ｉｉｎを基板３０を透過させる必要がない。その結果、従来の透過型の光制御装置に比べて、光の利用効率を向上することができる。

次に、上述の光制御装置８を用いて構成される本実施の形態に係る光制御システム１００について説明する。
図４は、本実施の形態に係る光制御システム１００の構成を示す図である。光制御システム１００は、レーザ光源７２、光制御装置８、プリズム８０、制御部６０を含む。レーザ光源７２は、レーザダイオードと、ビームエクスパンダなどの光学系を含んでおり、レーザダイオードから出力されるレーザ光のビーム径を拡大し、コリメートして出力する。
レーザ光源７２は、可動マウンタ８２上に設置される。可動マウンタ８２は、レーザ光源７２の光軸方向が可変となるよう、所定の軸を中心に傾動可能に構成される。可動マウンタ８２は、アクチュエータなどによってその向きが調節される。

レーザ光源７２から出力されるレーザ光は、光制御装置８に所定の入射角で入射される。本実施の形態において、レーザ光は、後述する校正処理前において、光制御装置８の法線方向に対してφ＝４５°で入射するように設計されている。光制御装置８は図１（ａ）に示すようにマトリクス状に配置された複数の画素を含んでおり、制御部６０から出力される制御信号ＣＮＴによって、各画素ごとに反射率が制御される。光制御装置８は、可動マウンタ８４上に設置されている。可動マウンタ８４は軸支され、レーザ光源７２から出力されるレーザ光に対する設置角が調節可能に構成されている。可動マウンタ８４も、可動マウンタ８２と同様にアクチュエータなどによって制御される。
制御部６０は、可動マウンタ８２、８４に対して角度制御信号ＳＩＧ１、ＳＩＧ２を出力し、レーザ光源７２の光軸方向を制御する。

光制御装置８により反射されたレーザ光はプリズム８０に入射される。プリズム８０によってレーザ光は光路が変更され、レーザ光は図示しない記録媒体や光検出器などに導かれる。

以上のように構成される光制御システム１００の動作について図２に戻り説明する。上述したように光制御装置８の共振波長は、λｍ＝２ｎ_２ｔｃｏｓθ／ｍで与えられる。
光変調膜３４の屈折率がｎ_２＝２．０、電界の印加の有無による屈折率変化がΔｎ＝０．０１であった場合、共振波長λｍは０．５％シフトするにすぎない。
一方、共振波長λｍは、光変調膜３４の厚みｔにも比例する。したがって、厚みｔが１％ばらつくと、共振波長λｍも１％ばらつくことになる。また、光変調膜３４の屈折率ｎ_２もばらつく場合があり、その結果として共振波長λｍがばらついてしまうことも考えられる。
共振波長λｍがばらつくと、図３に示すように、光変調膜３４に電圧を印加しないときの反射率Ｒｍ１が変動してしまうため、光制御装置８のオンオフ比が低下してしまう。

光制御装置８の共振波長λｍが、光変調膜３４の特性のばらつきによらず一定値となるようにするためには、ｎ_２×ｔ×ｃｏｓθが一定値となるようにｃｏｓθを調節すればよい。
そこで、図４の光制御システム１００においては、光変調膜３４の膜厚ｔ、屈折率ｎ_２のばらつきに応じて可動マウンタ８２、８４により光制御装置８に対するレーザ光の入射角φを調節する。
図２において、レーザ光の入射角φと、光変調膜３４内におけるレーザ光の入射角θには、スネルの法則よりｎ_１・ｓｉｎφ＝ｎ_２・ｓｉｎθが成り立つ。図５は、レーザ光の入射角φと、ｃｏｓθの関係を示す図であり、ｎ_１＝１、ｎ_２＝２．５として計算している。図５に示すように、レーザ光の入射角φを初期状態の４５°を中心に±５°の範囲で変化させた場合、ｃｏｓθの値は±１％程度の範囲で変化する。したがって、光変調膜３４の製造工程において、ｎ_２×ｔの値が±１％で変動した場合においても、レーザ光の入射角φを調節することにより、共振波長λｍの変動を抑えることができる。

図４の光制御システム１００において、光制御装置８へのレーザ光の入射角φの調節、すなわち共振波長λｍの校正は、以下のようにして行う。
校正時においては、プリズム８０の後段にフォトダイオードやＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの光検出素子を配置する。そして、レーザ光源７２から出力されるレーザ光を、入射角φ＝４５°で光制御装置８へと入射する。このとき、光制御装置８の各画素について、その反射率が最小値となるべき制御電圧Ｖｃｎｔを印加する。本実施の形態においては、Ｖｃｎｔ＝０のとき反射率が最小となるように設計される。

図３に示すように、光変調膜３４の膜厚ｔおよび屈折率ｎ_２が設計値に近ければ、入射したレーザ光の波長がλｍ１のときの反射率はＲｍ１となるため、光検出素子に入射するレーザ光の強度は低くなる。逆に、光変調膜３４の膜厚ｔおよび屈折率ｎ_２がばらつくと、共振波長がシフトするため、光検出素子で検出されるレーザ光の強度は高くなる。
そこで、制御部６０は、光検出素子でのレーザ光の検出強度が最小値に近づくように、角度制御信号ＳＩＧ１、ＳＩＧ２によって可動マウンタ８２、８４の設置角を調節して光制御装置８に対するレーザ光の入射角φを調節することにより、共振波長λｍを校正することができる。

レーザ光の入射角φを変化させると、光制御装置８により反射されるレーザ光の像が一方向に歪むが、プリズム８０を設けることにより、入射角φを変化させたことにより生ずる像の歪みを補正することができる。

このように、本実施の形態に係る光制御システム１００では、光制御装置８の光変調膜３４の製造ばらつきに伴う共振波長λｍのシフトを、光制御装置８に対するレーザ光の入射角φを調節することにより校正することができる。
従来においては、光変調膜３４をＰＬＺＴなどで形成する場合において、その膜厚ｔや屈折率ｎ_２を安定に製造するためには、高価な製造装置が必要となり、また光変調膜３４の出来映え評価を光制御装置８ごとに行う必要があるため、光制御システム１００がコスト高になるという問題があったが、上述のように光制御システム１００にレーザ光の入射角調整手段を設けることにより、簡易に共振波長λｍを校正することができ、光制御装置８の歩留まりを向上することができる。

以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。この実施の形態はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、上部電極となる透明電極３６および下部電極となる第１反射層３２により電極対を形成する場合について説明したが、これには限定されず、たとえば、光変調膜３４に電界を印加するための電極対は光変調膜３４の上面に櫛形電極として形成してよい。このとき、電界は光変調膜３４に対して横方向に印加される。この場合においても、光変調膜３４の膜厚に応じてレーザ光の入射角φを調節することにより、共振波長λｍを校正することができる。

実施の形態では、光制御装置８に対するレーザ光の入射角φの調節手段として、可動マウンタ８２、８４がアクチュエータなどを備え、制御部６０から出力される角度制御信号ＳＩＧ１、ＳＩＧ２によって入射角を調節する場合について説明したが、手動で調節を行ってもよい。

実施の形態では、光制御装置８に対するレーザ光の入射角φの調節手段として、可動マウンタ８２、８４を用いた場合について説明したがこれには限定されない。たとえば、レーザ光源７２から出力されるレーザ光をミラーに当て、ミラーにより反射されるレーザ光を光制御装置８へと入力してもよい。この場合、このミラーの角度を調節することによっても入射角φを調節することができる。

さらに、実施の形態では、光制御装置８の光変調膜３４の厚みや屈折率のばらつきによる共振波長の変動を校正する場合について説明したが、これには限定されない。たとえば、光制御装置８に入射するレーザ光の波長を変更する場合などにおいても、光制御装置８の共振波長を、レーザ光の波長に応じて変更することができる。

実施の形態では、プリズム８０により像の歪を補正したが、複数のミラーやレンズの組み合わせによっても同様の機能を実現することができる。

実施の形態で説明した光制御システム１００は、ホログラム記録装置における光空間変調器をはじめとして、表示装置、光通信用スイッチ、光通信用変調器、光演算装置、および暗号化回路等にも使用することができる。

実施の形態では、光変調膜３４として電気光学材料を用い、光変調膜３４に電界を印加する電極対を備える場合について説明した。本発明は、光変調膜３４に磁気光学材料を用いた場合にも用いることができ、この場合、電界を印加する電極対を磁界を印加するための磁界印加手段に置換すればよい。
本発明は、さらにそれ以外のファブリーペロー型共振器に適用することができ、共振器が２枚の反射層と、それらに挟まれる薄膜で形成され、共振器長が共振器の製造後に調整困難な共振器に広く適用することができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る光制御装置を示す図である。 図１の光制御装置の１画素の動作状態を模式的に示す図である。 光制御装置に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す図である。 実施の形態に係る光制御システムの構成を示す図である。 レーザ光の入射角φと、ｃｏｓθの関係を示す図である。

符号の説明

８ 光制御装置、 ３０ 基板、 ３２ 第１反射層、 ３４ 光変調膜、 ３６ 透明電極、 ３８ 配線、 ４０ 第２反射層、 ４２ 第１誘電体膜、 ４４ 第２誘電体膜、 ６０ 制御部、 ７２ レーザ光源、 ８０ プリズム、 ８２ 可動マウンタ、 ８４ 可動マウンタ、 １００ 光制御システム。

Claims (12)

1. 共振器長が固定されたファブリーペロー型共振器と、
   前記ファブリーペロー型共振器にレーザ光を照射するレーザ光源と、
   前記レーザ光の前記ファブリーペロー型共振器への入射角を調節する調節手段と、
   を備えることを特徴とする光制御システム。
2. 前記ファブリーペロー型共振器は、印加する電圧に応じて屈折率が変化する光変調膜が反射層に挟設される光制御装置であることを特徴とする請求項１に記載の光制御システム。
3. 前記ファブリーペロー型共振器は、可動式のマウンタ上に設置されており、
   前記調節手段は、前記可動式のマウンタを傾動させ、前記ファブリーペロー型共振器の設置方向を調節することを特徴とする請求項１または２に記載の光制御システム。
4. 前記レーザ光源は、可動式の第２マウンタ上に設置されており、
   前記調節手段は、前記第２マウンタを傾動させ、前記レーザ光源の光軸を調節することを特徴とする請求項１または２に記載の光制御システム。
5. 前記ファブリーペロー型共振器から反射されるレーザ光の光路上に配置され、前記レーザ光のビームパターンを補正する光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光制御システム。
6. 前記光学素子は、プリズムであることを特徴とする請求項５に記載の光制御システム。
7. 前記光制御装置は、
   基板と、
   前記基板上に設けられた第１の反射層と、
   前記第１の反射層上に設けられ、印加した電界により屈折率が制御可能な光変調膜と、
   前記光変調膜上に設けられた第２の反射層と、
   前記光変調膜に電界を印加する電極対と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の光制御システム。
8. 前記光変調膜は、印加した電界の２乗に比例して屈折率が変化する電気光学材料であることを特徴とする請求項７に記載の光制御システム。
9. 前記電気光学材料は、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛であることを特徴とする請求項７に記載の光制御システム。
10. 前記電極対は、マトリクス状に複数配置されたことを特徴とする請求項７に記載の光制御システム。
11. 印加する電圧に応じて屈折率が変化する光変調膜が反射層に挟設されるファブリーペロー型共振器の校正方法であって、
    前記光変調膜に所定の電圧を印加する電圧印加ステップと、
    前記光制御装置にレーザ光を入射し、当該光制御装置から反射されるレーザ光の強度を測定する測定ステップと、
    前記測定ステップにおいて測定されるレーザ光の強度が、前記所定の電圧を印加したときに得られるべき設計値に近づくように、前記光制御装置に対するレーザ光の入射角を調節する調節ステップと、
    を備えることを特徴とする校正方法。
12. 前記所定の電圧は、前記光制御装置の反射率が設計上最小となる電圧であることを特徴とする請求項１１に記載の校正方法。

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