JP2014219495A - Spatial optical modulator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、可変光利得等化器などに利用される空間光変調器に関する。 The present invention relates to a spatial light modulator used for a variable optical gain equalizer or the like.
光ファイバーを用いた光通信ではデータ伝送媒体となる光がその伝搬中に減衰するため、一定の間隔で光を増幅させてやる必要があり、その光の増幅を行う装置が光アンプである。光アンプとしては、エルビウムドープファイバー（ＥＤＦ）を用いた自己増幅型の光アンプ（ＥＤＦＡ）がよく知られている。しかし、ＥＤＦはそれ自体の励起準位寿命が長いため、ランダムバースト信号の発生などによって利得が変動するという問題がある。 In optical communication using an optical fiber, the light serving as a data transmission medium is attenuated during the propagation. Therefore, it is necessary to amplify the light at regular intervals, and an apparatus that amplifies the light is an optical amplifier. As an optical amplifier, a self-amplifying optical amplifier (EDFA) using an erbium-doped fiber (EDF) is well known. However, since the EDF has a long excitation level lifetime, there is a problem that the gain varies due to generation of a random burst signal.
そして光波長多重通信では、分割された各波長の光信号にとって他の波長の光信号が雑音として作用することになるため、分割された波長ごとに変動する利得を平準化する必要があり、その利得を自動的に平準化する装置が可変光利得等化器である。本発明の対象である空間光変調器はこの可変光利得等化器などに利用される。 In optical wavelength division multiplexing, since optical signals of other wavelengths act as noise for the optical signals of each divided wavelength, it is necessary to level the gain that fluctuates for each divided wavelength. A device for automatically leveling the gain is a variable optical gain equalizer. The spatial light modulator which is the object of the present invention is used for this variable optical gain equalizer.
図１に可変光利得等化器の構成図を示した。この図に示したように、光波長分割多重通信網を構成する伝送路Ｌを伝搬する光線は、光サーキュレーターＣによって分岐され、その分岐先の光ファイバーＦＢの末端から出射し、可変光利得等化器１０へ案内される。そして、可変光利得等化器１０は、コリメートレンズ１１、回折格子１２、テレセントリックレンズ１５、空間光変調器１、および空間光変調器１を駆動するための駆動回路１６から構成されている。 FIG. 1 shows a configuration diagram of a variable optical gain equalizer. As shown in this figure, the light beam propagating through the transmission line L constituting the optical wavelength division multiplex communication network is branched by the optical circulator C, emitted from the end of the branching optical fiber FB, and variable optical gain equalization is performed. Guided to vessel 10. The variable optical gain equalizer 10 includes a collimator lens 11, a diffraction grating 12, a telecentric lens 15, a spatial light modulator 1, and a drive circuit 16 for driving the spatial light modulator 1.
可変光利得等化器１０において、光サーキュレーターＣを経て光ファイバーＦＢより出射した光Ｌ１は、コリメートレンズ１１により平行光Ｌ２に変換され、その平行光Ｌ２が回折格子１２に入射する。回折格子１２は、入射光Ｌ２に対して直交する方向（図中、紙面奥行き方向）に延長する溝１３が平行に配列された構造を有するとともに、その光の入射面１４が入射光Ｌ２に対して所定の角度で傾いている。そして、回折格子１２は、入射光Ｌ２に含まれる各波長成分の光Ｌ３を、溝１３の延長方向に対して直交する方向に波長に応じた角度で屈折させて出射する。回折格子１２にて分光された各波長成分の光Ｌ３は、テレセントリックレンズ１５に入射し、各波長のそれぞれに対応する多数の光束Ｌ４として出射される。そして、その出射光Ｌ４が空間光変調器１に入射する。 In the variable optical gain equalizer 10, the light L1 emitted from the optical fiber FB via the optical circulator C is converted into parallel light L2 by the collimator lens 11, and the parallel light L2 enters the diffraction grating 12. The diffraction grating 12 has a structure in which grooves 13 extending in a direction orthogonal to the incident light L2 (the depth direction in the drawing in the drawing) are arranged in parallel, and the incident surface 14 of the light is incident on the incident light L2. Tilted at a predetermined angle. Then, the diffraction grating 12 refracts and emits light L3 of each wavelength component included in the incident light L2 at an angle corresponding to the wavelength in a direction orthogonal to the extending direction of the groove 13. The light components L3 of the respective wavelength components separated by the diffraction grating 12 enter the telecentric lens 15 and are emitted as a number of light beams L4 corresponding to the respective wavelengths. Then, the emitted light L4 enters the spatial light modulator 1.
空間光変調器１には電界を印可することで屈折率が変化する電気光学効果（ＥＯ効果）を利用したものがある。本発明の対象となる空間光変調器もそのＥＯ効果を利用したものである。図１に示した空間光変調器１は、ＰＬＺＴやＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３の化学式で表される物質（以下、ＫＴＮ）などの電気光学結晶からなる層（電気光学結晶層）４の両面に薄膜の電極層（３、５）が配置された構成である。この例では、空間光変調器１における光の入射側は透明電極層３であり、その光Ｌ４の入射側を前方とするとともに、光Ｌ４の進行方向を前後方向とすると、当該空間光変調器１は、前方から後方に向かって誘電体ミラー層２、透明電極層３、電気光学結晶層４、反射板を兼ねる金属電極層５、および基板６がこの順に積層された構造となっている。また、金属電極層５は、各波長の光Ｌ４に対応する個別のセル電極５０から構成されている。もちろん、セル電極は透明電極層３に形成されていてもよい。 Some spatial light modulators 1 utilize an electro-optic effect (EO effect) in which a refractive index changes by applying an electric field. The spatial light modulator which is the subject of the present invention also uses the EO effect. The spatial light modulator 1 shown in FIG. 1 includes a layer (electro-optic crystal layer) 4 made of an electro-optic crystal such as a substance represented by a chemical formula of PLZT or KTa 1-x Nb x O 3 (hereinafter referred to as KTN). In this configuration, thin electrode layers (3, 5) are arranged on both sides. In this example, the light incident side in the spatial light modulator 1 is the transparent electrode layer 3, and the light L4 incident side is the front, and the traveling direction of the light L4 is the front-rear direction. 1 has a structure in which a dielectric mirror layer 2, a transparent electrode layer 3, an electro-optic crystal layer 4, a metal electrode layer 5 also serving as a reflector, and a substrate 6 are laminated in this order from the front to the rear. Further, the metal electrode layer 5 is composed of individual cell electrodes 50 corresponding to the light L4 of each wavelength. Of course, the cell electrode may be formed on the transparent electrode layer 3.
そして上記構成の空間光変調器１は、ファブリペロー共振器として動作する。すなわち、駆動回路１６により透明電極層３と金属電極層５との間に可変電圧による電気信号が印加されることによって電気光学結晶層４の電気光学特性（例えばカー効果などの電気光学効果に基づく屈折率、電歪効果に基づく光路長）を制御する。すなわち位相差を変化させる。それによって、入射した光は、電気光学結晶層４を挟持する誘電体ミラー２と反射板である金属電極層５間で多重反射しながらその位相差に応じた波長で共振し、入射した各波長成分の光Ｌ４の中心波長がシフトする。その結果、利得が各波長成分の光ごとに個別に調整される。利得が調整された光は、前方のテレセントリックレンズ１５方向に向けて出射し、この空間光変調器１からの出射光は、入射光Ｌ４と逆の光路（Ｌ４→Ｌ３→Ｌ２→Ｌ１）を辿り、最終的に光サーキュレーターＣを介して伝送路Ｌに戻される。 The spatial light modulator 1 configured as described above operates as a Fabry-Perot resonator. That is, the drive circuit 16 applies an electric signal with a variable voltage between the transparent electrode layer 3 and the metal electrode layer 5, so that the electro-optic characteristics of the electro-optic crystal layer 4 (for example, based on an electro-optic effect such as the Kerr effect) Controlling the refractive index and the optical path length based on the electrostrictive effect). That is, the phase difference is changed. Thereby, the incident light resonates at a wavelength corresponding to the phase difference while being multiple-reflected between the dielectric mirror 2 sandwiching the electro-optic crystal layer 4 and the metal electrode layer 5 which is a reflector, and each incident wavelength. The center wavelength of the component light L4 is shifted. As a result, the gain is individually adjusted for each light of each wavelength component. The light whose gain is adjusted is emitted toward the front telecentric lens 15, and the emitted light from the spatial light modulator 1 follows an optical path (L 4 → L 3 → L 2 → L 1) opposite to the incident light L 4. Finally, it is returned to the transmission line L via the optical circulator C.
図２と図３に、空間光変調器１の動作を説明するための図を示した。図２は空間光変調器１の構造を示す図であり、分光方向を縦方向としたときに入射光Ｌ４の光路を側方から見たときの縦断面図である。また、ここでは動作を理解し易くするために構造を簡略化して示している。そしてこの空間光変調器１には、短波長側から波長ａｎｍの光（ａ光）Ｌａｉ、ｂｎｍの光（ｂ光）Ｌｂｉ、およびｃｎｍの光（ｃ光）Ｌｃｉ三つの波長の光に対応して三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）が設けられて、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の配置位置に前方からこれらａ光〜ｃ光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）がそれぞれ個別に入射されることとしている。 2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the spatial light modulator 1. FIG. 2 is a diagram showing the structure of the spatial light modulator 1, and is a longitudinal sectional view when the optical path of the incident light L4 is viewed from the side when the spectral direction is the longitudinal direction. Here, the structure is shown in a simplified manner for easy understanding of the operation. The spatial light modulator 1 corresponds to light of three wavelengths from the short wavelength side, light of a wavelength (a light) Lai, light of b nm (b light) Lbi, and light of c nm (c light) Lci. The three cell electrodes A to C (50a to 50c) are provided, and the a light to c light (Lai to Lci) are individually provided from the front to the arrangement positions of the cell electrodes A to C (50a to 50c). It is supposed to be incident.
図３は、図２に示した空間光変調器１の変調性能を示す図であり、当該図３では、空間光変調器１に入射した光Ｌ４の強度と当該空間光変調器１にて強度変調されて前方に出射した光（Ｌａｏ〜Ｌｃｏ）の強度との比（以下、反射損失：ｄＢ）の波長依存特性を示している。そして図３（Ａ）は、透明電極層３と金属電極層５間の電圧を０Ｖとして電気光学結晶層４に電界を印加していないときの反射損失の波長依存性（反射損失特性）を示しており、同図（Ｂ）は、電気光学結晶層４に所定の強度の電界を印加しているときの反射損失特性を示している。そして図３（Ａ）に示したように、例えば、この空間光変調器１において電気光学結晶層４に電界が印加されていないときでは、三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のどの位置においても、入射する光の波長が所定の波長近辺であるときに反射損失が極小値をとる特性となる。この例では、反射損失特性がｂ光Ｌｂｉの波長（ｂｎｍ）近辺を極小点Ｐ１とした曲線ｗ１を描くものとしている。そして、駆動回路１６により各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）と透明電極層３との間に所定の電圧を印加すると、電気光学結晶層４には同じ強度の電界が印加され、図３（Ｂ）に示したように、図中で実線で示した当初のｂｎｍ近傍を極小点Ｐ１とした反射損失特性曲線ｗ１が、点線で示した反射損失特性曲線ｗ２に遷移する。この例では、極小点Ｐ２の波長が当初の極小点Ｐ１よりも長波長側にシフトしている。したがって、セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）ごとに異なる強度の電界を印加することで、空間光変調器１に入射した各波長の光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）の反射損失を増減させることができる。図３（Ｂ）に示した例では、ｂ光Ｌｂｉは当初の反射損失Ｒｂ１（ｄＢ）から電界が印加されたときの反射損失Ｒｂ２（ｄＢ）まで変調することができる。以下の特許文献１には、電気光学的効果を用いた空間光変調器の構成や動作について記載されている。 3 is a diagram showing the modulation performance of the spatial light modulator 1 shown in FIG. 2. In FIG. 3, the intensity of the light L4 incident on the spatial light modulator 1 and the intensity at the spatial light modulator 1 are shown. It shows the wavelength-dependent characteristics of the ratio (hereinafter referred to as reflection loss: dB) with the intensity of light (Lao to Lco) that has been modulated and emitted forward. FIG. 3A shows the wavelength dependence (reflection loss characteristics) of reflection loss when the voltage between the transparent electrode layer 3 and the metal electrode layer 5 is 0 V and no electric field is applied to the electro-optic crystal layer 4. FIG. 5B shows the reflection loss characteristics when an electric field having a predetermined intensity is applied to the electro-optic crystal layer 4. 3A, for example, when no electric field is applied to the electro-optic crystal layer 4 in the spatial light modulator 1, which of the three cell electrodes A to C (50a to 50c) Even at the position, when the wavelength of incident light is in the vicinity of a predetermined wavelength, the reflection loss has a minimum value. In this example, the reflection loss characteristic draws a curve w1 having a minimum point P1 near the wavelength (bnm) of the b light Lbi. When a predetermined voltage is applied between the cell electrodes A to C (50a to 50c) and the transparent electrode layer 3 by the drive circuit 16, an electric field having the same intensity is applied to the electro-optic crystal layer 4, as shown in FIG. As shown in (B), the reflection loss characteristic curve w1 having a minimum point P1 in the vicinity of the initial bnm indicated by a solid line in the drawing transitions to a reflection loss characteristic curve w2 indicated by a dotted line. In this example, the wavelength of the minimum point P2 is shifted to the longer wavelength side than the initial minimum point P1. Therefore, the reflection loss of light (Lai to Lci) of each wavelength incident on the spatial light modulator 1 can be increased or decreased by applying electric fields having different intensities for the cell electrodes A to C (50a to 50c). . In the example shown in FIG. 3B, the b light Lbi can be modulated from the initial reflection loss Rb1 (dB) to the reflection loss Rb2 (dB) when an electric field is applied. The following Patent Document 1 describes the configuration and operation of a spatial light modulator using an electro-optic effect.
上述したように、電気光学結晶における電気光学効果を利用した空間光変調器は、ファブリペロー共振器の共振波長を電界によって可変制御することで、入射した各種波長の光の強度を制御している。しかしながら、電界強度が同じ場合では、空間光変調器に入射した光の変調量がその入射光の波長によって異なる。図３に基づいて具体的に説明すると、ｂ光Ｌｂｉの波長（ｂｎｍ）では、当初の反射損失特性曲線ｗ１がｂ光Ｌｂｉの波長近傍に極小値Ｐ１を有していたため、その曲線ｗ１が所定の電界を印加したときの波長損失特性曲線ｗ２にシフトすると、ｂ光Ｌｂｉの波長における当初の反射損失Ｒｂ１と電界を印加したときの反射損失Ｒｂ２との差が大きい。すなわち大きな変調量が得られる。しかし、ａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの波長は、当初の反射損失特性曲線ｗ１において波長の差に対して反射損失の差がほとんどない「裾野」の領域Ｆ内にあるため、ａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの入射位置にあるセル電極Ａ５０ａやセル電極Ｃ５０ｃの位置では、反射損失特性曲線ｗ１がシフトしても反射損失がほとんど変化せず、変調量が極めて小さい。とくにａ光Ｌａｉではその波長ａｎｍが当初の極小点Ｐ１に対して短波長側にあり、反射損失がすでに最大値に近い値になっている。そして電界を印加すると、その極小点Ｐ１が長波長側にシフトするため、当初の波形ｗ１がさらに反射損失が大きくなる方向にシフトする。そのため、セル電極Ａ５０ａの位置ではほとんど変調させることができない。 As described above, the spatial light modulator using the electro-optic effect in the electro-optic crystal controls the intensity of incident light of various wavelengths by variably controlling the resonance wavelength of the Fabry-Perot resonator by an electric field. . However, when the electric field strength is the same, the modulation amount of the light incident on the spatial light modulator varies depending on the wavelength of the incident light. Specifically, based on FIG. 3, at the wavelength (bnm) of the b light Lbi, the initial reflection loss characteristic curve w1 has a minimum value P1 in the vicinity of the wavelength of the b light Lbi. Is shifted to the wavelength loss characteristic curve w2 when the electric field is applied, the difference between the initial reflection loss Rb1 at the wavelength of the b light Lbi and the reflection loss Rb2 when the electric field is applied is large. That is, a large modulation amount can be obtained. However, since the wavelengths of the a light Lai and the c light Lci are in the “bottom” region F in which there is almost no difference in reflection loss with respect to the wavelength difference in the initial reflection loss characteristic curve w1, the a light Lai and c At the position of the cell electrode A50a or the cell electrode C50c at the incident position of the light Lci, even if the reflection loss characteristic curve w1 is shifted, the reflection loss hardly changes and the modulation amount is extremely small. In particular, in the a light Lai, the wavelength anm is on the short wavelength side with respect to the initial minimum point P1, and the reflection loss is already close to the maximum value. When an electric field is applied, the minimum point P1 shifts to the long wavelength side, so the initial waveform w1 shifts in a direction in which the reflection loss further increases. Therefore, almost no modulation can be performed at the position of the cell electrode A50a.
もちろん、ファブリペロー共振器では、共振のピークが１／４波長ごとに現れることから、さらに大きな電界を印加してａ光Ｌａｉの波長ａｎｍよりもさらに短波長側に存在する極小点をａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの波長近辺までシフトさせれば、原理的には、ａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの変調量を大きくすることは可能である。しかし、ａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの変調量を大きくするには大きな電界を対応するセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ、５０ｃ）の領域に印加して当初の反射損失特性曲線ｗ１を大きく長波長側にシフトさせることが必要となる。すなわち、空間光変調器１の駆動電圧を極めて高くする必要がある。駆動電圧を高くすれば空間光変調器１を駆動するための消費電力が大きくなる。また、駆動回路１６自体も高電圧に対応させる必要があるため、その回路１６自体のコストも嵩む。 Of course, in the Fabry-Perot resonator, the resonance peak appears for each quarter wavelength, and therefore, by applying a larger electric field, the minimum point existing on the shorter wavelength side than the wavelength anm of the a light Lai is represented by the a light Lai. In principle, it is possible to increase the modulation amount of the a light Lai and the c light Lci by shifting to near the wavelength of the c light Lci. However, in order to increase the modulation amount of the a-light Lai and the c-light Lci, a large electric field is applied to the corresponding cell electrodes A to C (50a, 50c) to greatly increase the initial reflection loss characteristic curve w1 on the longer wavelength side. It is necessary to shift to That is, the driving voltage of the spatial light modulator 1 needs to be extremely high. If the drive voltage is increased, the power consumption for driving the spatial light modulator 1 increases. In addition, since the drive circuit 16 itself needs to correspond to a high voltage, the cost of the circuit 16 itself increases.
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、様々な波長の光に対し、低電圧でも十分に大きな変調量が得られる空間光変調器を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a spatial light modulator that can obtain a sufficiently large amount of modulation even with a low voltage for light of various wavelengths.
上記目的を達成するための本発明は、前方から入射された複数の波長成分の光のそれぞれに対して強度を変調して出力する空間光変調器であって、
後方から前方に向かって、基板、反射板を兼ねる金属電極層、電気光学効果を有する薄膜状の電気光学結晶からなる電気光学結晶層、透明電極層、および誘電体ミラー層がこの順に積層されてなり、
前記透明電極層と金属電極層の少なくとも一方は、前記複数の波長成分の光のそれぞれに個別に対応する複数のセル電極から構成され、
外部に設けられた駆動回路により、前記透明電極層と前記セル電極との間に電圧が印加されると、各セル電極のそれぞれに対応して前方から入射する各波長成分の光が強度変調されて前方へ出力され、
前方から見たときに、各セル電極のそれぞれが占有する領域における前後方向の厚さが異なっていることで、各セル電極のそれぞれの領域に入射される波長成分の光のそれぞれに対して異なる位相差があらかじめ与えられている、
ことを特徴とする空間光変調器としている。
To achieve the above object, the present invention provides a spatial light modulator that modulates and outputs the intensity of each of a plurality of wavelength component light incident from the front,
From the rear to the front, a substrate, a metal electrode layer that also serves as a reflector, an electro-optic crystal layer made of a thin-film electro-optic crystal having an electro-optic effect, a transparent electrode layer, and a dielectric mirror layer are laminated in this order. Become
At least one of the transparent electrode layer and the metal electrode layer is composed of a plurality of cell electrodes individually corresponding to the light of the plurality of wavelength components,
When a voltage is applied between the transparent electrode layer and the cell electrode by an external driving circuit, the light of each wavelength component incident from the front corresponding to each cell electrode is intensity-modulated. Output forward,
When viewed from the front, the thickness in the front-rear direction in the area occupied by each cell electrode is different, so that it differs for each wavelength component light incident on each area of each cell electrode. Phase difference is given in advance,
The spatial light modulator is characterized by this.
そして、前記各セル電極のそれぞれが占有する領域ごとに、前記電気光学結晶層の前後方向の厚さが異なっている空間光変調器とすれば好適である。また、前記電気光学結晶層、前記透明電極層、および前記誘電体ミラー層の少なくとも一つの層において一方の前後方向の厚さが異なっている空間光変調器としてもよい。前記各セル電極のそれぞれに対応する領域ごとに、前後の厚さが異なる光透過性材料からなる中間層が、前記誘電体ミラー層と前記金属電極層までのいずれかの層間に介在している空間光変調器とすることもできる。 A spatial light modulator in which the electro-optic crystal layer has a different thickness in the front-rear direction for each region occupied by each cell electrode is preferable. Further, a spatial light modulator in which at least one of the electro-optic crystal layer, the transparent electrode layer, and the dielectric mirror layer has a different thickness in the front-rear direction. For each region corresponding to each of the cell electrodes, an intermediate layer made of a light-transmitting material having different front and rear thickness is interposed between any one of the dielectric mirror layer and the metal electrode layer. A spatial light modulator can also be used.
本発明の空間光変調器によれば、様々な波長の光に対し、低電圧でも十分に大きな変調量が得られ、省電力化を達成することができる。また、空間光変調器の駆動回路を安価なものにすることができ、可変光等化器など、本発明の空間光変調器を含んで構成される各種光学部品のコストダウンも期待できる。 According to the spatial light modulator of the present invention, a sufficiently large amount of modulation can be obtained for light of various wavelengths even at a low voltage, and power saving can be achieved. In addition, the drive circuit of the spatial light modulator can be made inexpensive, and the cost reduction of various optical components including the spatial light modulator of the present invention such as a variable light equalizer can be expected.
＝＝＝本発明の実施例＝＝＝
本発明の実施例に係る空間光変調器は、上述した可変光利得等化器などに利用されて、入射された波長が異なる複数の光のそれぞれに対して利得を調整した後に出力する機能を備えている。基本的には、図１あるいは図２に示した従来の空間光変調器１と同様の積層構造を有している。しかし、空間光変調器（以下、ＳＬＭ）を構成する各層の物理的な形状を工夫するなどして、電気光学結晶層（以下、ＥＯ層）４に印加される電界強度が小さくても、波長が異なる複数の光のそれぞれに対して大きな変調量を得ることができるようになっている。
=== Embodiment of the Invention ===
The spatial light modulator according to the embodiment of the present invention is used in the above-described variable optical gain equalizer or the like, and has a function of outputting after adjusting the gain for each of a plurality of incident lights having different wavelengths. I have. Basically, it has a laminated structure similar to that of the conventional spatial light modulator 1 shown in FIG. 1 or FIG. However, even if the electric field intensity applied to the electro-optic crystal layer (hereinafter referred to as EO layer) 4 is small by devising the physical shape of each layer constituting the spatial light modulator (hereinafter referred to as SLM), the wavelength A large amount of modulation can be obtained for each of a plurality of lights having different values.
概略的には、ＳＬＭにおける共振特性は、入射した光が出射するまでの光路長に依存する。そこで、ＳＬＭに入射する波長が異なる複数の光のそれぞれの光路長をその波長に応じて変えている。すなわち、各波長の光に対し、それぞれの波長に応じた位相差をあらかじめ与えておく。それによって、各波長の光のそれぞれが小さな電界強度でも大きな変調量が得られるようになっている。以下では、ＳＬＭの具体例を挙げて、本発明の実施例に係るＳＬＭの作用や動作について説明する。 Schematically, the resonance characteristics of the SLM depend on the optical path length until the incident light is emitted. Therefore, the optical path lengths of a plurality of lights having different wavelengths incident on the SLM are changed according to the wavelengths. That is, a phase difference corresponding to each wavelength is given in advance to the light of each wavelength. As a result, a large amount of modulation can be obtained even when the light of each wavelength has a small electric field strength. Hereinafter, the operation and operation of the SLM according to the embodiment of the present invention will be described using a specific example of the SLM.
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
＜構造＞
図４は本発明の第１の実施例に係るＳＬＭ１０１の構成を示す図である。そして、図４（Ａ）は、このＳＬＭ１０１の全体構造を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における円６０内の拡大図である。第１の実施例に係るＳＬＭ１０１の基本構成は、図２に示した従来のＳＬＭ１とほぼ同様であり、前方から後方に向かう光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）がこのＳＬＭ１０１に入射することとしている。そして、後端側に配置されたＳｒＴｉＯ３（以下、ＳＴＯ）からなる基板６の前面に反射板を兼ねる金属電極層５が形成されており、以降、前方に向かって電気光学結晶層４、透明電極層１０３、誘電体ミラー層２がこの順に積層されている。また金属電極層５には、波長が異なる三つの光（ａ光Ｌａｉ〜ｃ光Ｌｃｉ）に対応して三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）が形成されている。しかし、当該ＳＬＭ１０１では、前方から見たときに、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する領域の前後方向の厚さが異なっており、この例では、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の前方に積層されている透明電極層１０３の厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）が異なっている。
=== First Embodiment ===
<Structure>
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the SLM 101 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A is a longitudinal sectional view showing the entire structure of the SLM 101, and FIG. 4B is an enlarged view of a circle 60 in FIG. The basic configuration of the SLM 101 according to the first embodiment is almost the same as that of the conventional SLM 1 shown in FIG. 2, and light (Lai to Lci) traveling from the front to the rear is incident on the SLM 101. A metal electrode layer 5 also serving as a reflector is formed on the front surface of a substrate 6 made of SrTiO 3 (hereinafter referred to as STO) disposed on the rear end side. Thereafter, the electro-optic crystal layer 4, transparent The electrode layer 103 and the dielectric mirror layer 2 are laminated in this order. The metal electrode layer 5 is formed with three cell electrodes A to C (50a to 50c) corresponding to three lights having different wavelengths (a light Lai to c light Lci). However, in the SLM 101, when viewed from the front, the thicknesses of the regions corresponding to the cell electrodes A to C (50a to 50c) in the front-rear direction are different. In this example, the cell electrodes A to C ( The thicknesses (t8a to t8c) of the transparent electrode layer 103 laminated in front of 50a to 50c) are different.
＜製造方法＞
第１の実施例に係るＳＬＭ１０１の製造方法としては、まず前後の厚さがｔ１１のＳＴＯ基板６上にマスクを配置して金（Ａｕ）をスパッタリングすることで三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）で構成される厚さｔ１０の金属電極層５を形成し、その金属電極層５の前面にＫＴＮを液相エピタキシャル法により厚さｔ９となるまで結晶成長させることで電気光学結晶層４を形成する。そして、電気光学結晶層４の上に透明電極層１０３をスパッタ法により成膜する。透明電極層１０３の材料は、入射光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）の波長帯域である近赤外線領域で透明となる材料で、この例ではチタン（Ｔｉ）が添加された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いている。また、三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応して透明電極層１０３を階段状にして厚さが異なる三つの領域を形成するために、電気光学結晶層４の前面にレジストによる遮蔽膜（マスク）を形成した上で透明電極材料を３回スパッタリングした。そして、各スパッタリング時にマスクの位置を変えることで、階段状に厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）が異なる透明電極層１０３を形成した。
<Manufacturing method>
As a method of manufacturing the SLM 101 according to the first embodiment, first, three cell electrodes A to C (50a) are formed by arranging a mask on the STO substrate 6 having a front and rear thickness of t11 and sputtering gold (Au). ˜50c) is formed, and a metal electrode layer 5 having a thickness of t10 is formed, and KTN is crystal-grown on the front surface of the metal electrode layer 5 by a liquid phase epitaxy method until the thickness becomes t9. Form. Then, the transparent electrode layer 103 is formed on the electro-optic crystal layer 4 by sputtering. The material of the transparent electrode layer 103 is a material that is transparent in the near-infrared region that is the wavelength band of incident light (Lai to Lci). In this example, indium tin oxide (ITO) to which titanium (Ti) is added is used. Yes. Also, a resist is formed on the front surface of the electro-optic crystal layer 4 in order to form three regions having different thicknesses by making the transparent electrode layer 103 stepwise corresponding to the three cell electrodes A to C (50a to 50c). A transparent electrode material was sputtered three times after forming a shielding film (mask). And the transparent electrode layer 103 from which thickness (t8a-t8c) differs was formed in step shape by changing the position of a mask at each sputtering.
次に透明電極層１０３の前面にＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２を交互に蒸着することで、多層膜からなる誘電体ミラー層２を形成した。具体的には、透明電極層１０３の前面にＴａ２Ｏ５を積層し、以降前方に向かって、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層し、最終的に４層のＴａ２Ｏ５層２１と３層のＳｉＯ２層２２とからなる７層の多層膜からなる誘電体ミラー層２を形成した。 Next, Ta 2 O 5 and SiO 2 were alternately deposited on the front surface of the transparent electrode layer 103 to form the dielectric mirror layer 2 made of a multilayer film. Specifically, Ta 2 O 5 is laminated on the front surface of the transparent electrode layer 103, and thereafter, SiO 2 and Ta 2 O 5 are alternately laminated toward the front, and finally four Ta 2 O 5 layers are formed. A dielectric mirror layer 2 composed of seven multilayer films composed of 21 and three SiO 2 layers 22 was formed.
表１に各層の厚さと、１５５０ｎｍの波長における各層の構成材料の屈折率を示した。 Table 1 shows the thickness of each layer and the refractive index of the constituent material of each layer at a wavelength of 1550 nm.
表１に示したように、誘電体ミラー層２における４層のＴａ２Ｏ５層２１は、それぞれの厚さ（ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７）が０．１８８μｍで一律であり、３層のＳｉＯ２層２２の厚さ（ｔ２、ｔ４、ｔ６）も一律で０．２６８μｍとなっている。そして透明電極層１０３は、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対面する領域ごとに異なる厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）となるように形成されており、それぞれの厚さは、ｔ８ａ＝０．１０２μｍ、ｔ８ｂ＝０．１７０μｍ、ｔ８ｃ＝０．２１８μｍとなるように形成されている。すなわち、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応して入射した波長が異なる三つの光（ａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉ）は、ＳＬＭ１０１から出射するまでにその波長に応じて異なる位相差が与えられることになる。そしてその位相差は、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のそれぞれに入射されるａ光〜ｃ光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）の波長において最も反射損失が低くなるように設定されている。したがて、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する透明電極層１０３の厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）はＳＬＭ１０１を構成する各層の厚さや屈折率に応じて適宜に設定されるものである。
As shown in Table 1, the four Ta 2 O 5 layers 21 in the dielectric mirror layer 2 have a uniform thickness (t1, t3, t5, t7) of 0.188 μm, and three layers The thickness (t2, t4, t6) of the SiO 2 layer 22 is also uniformly 0.268 μm. The transparent electrode layer 103 is formed to have a different thickness (t8a to t8c) for each region facing the cell electrodes A to C (50a to 50c), and each thickness is t8a = 0. 102 μm, t8b = 0.170 μm, and t8c = 0.218 μm. That is, three light beams (a light Lai, b light Lbi, and c light Lci) having different incident wavelengths corresponding to the cell electrodes A to C (50a to 50c) correspond to the wavelengths before being emitted from the SLM 101. Therefore, different phase differences are given. The phase difference is set so that the reflection loss is lowest at the wavelengths of a light to c light (Lai to Lci) incident on each of the cell electrodes A to C (50a to 50c). Therefore, the thickness (t8a to t8c) of the transparent electrode layer 103 corresponding to each cell electrode A to C (50a to 50c) is appropriately set according to the thickness and refractive index of each layer constituting the SLM 101. It is.
＜変調性能＞
第１の実施例に係るＳＬＭ１０１（以下、第１実施例１０１とも言う）の変調性能を評価するために、図４に示した第１実施例１０１と、比較例として図２に示した従来のＳＬＭ１と同様のＳＬＭを作製した。図５に比較例に係るＳＬＭ１００（以下、比較例１００とも言う）の構造を示した。図５（Ａ）は比較例１００の全体構造を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における円６１内を拡大した図である。
<Modulation performance>
In order to evaluate the modulation performance of the SLM 101 according to the first embodiment (hereinafter also referred to as the first embodiment 101), the first embodiment 101 shown in FIG. 4 and the conventional example shown in FIG. An SLM similar to SLM1 was produced. FIG. 5 shows the structure of an SLM 100 according to a comparative example (hereinafter also referred to as comparative example 100). FIG. 5A is a longitudinal sectional view showing the overall structure of the comparative example 100, and FIG. 5B is an enlarged view of the inside of the circle 61 in FIG.
以下の表２に比較例のＳＬＭ１０１における各層の厚さを示した。 Table 2 below shows the thickness of each layer in the SLM 101 of the comparative example.
表２に示したように、比較例１００は、透明電極３の厚さｔ８を一律に０．１７０μｍとした以外は第１実施例１０１と同様の構造となっている。そして、第１実施例１０１と比較例１００における反射損失を測定することで第１実施例１０１の変調性能を評価した。具体的には、透明電極（１０３、３）とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を０Ｖにして電気光学結晶層４に電界を印加しないときの状態と、透明電極（１０３、３）とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を５Ｖに設定して電気光学結晶層４に所定の強度の電界を印加したときの状態のそれぞれについて各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）での位置での反射損失特性を測定した。
As shown in Table 2, the comparative example 100 has the same structure as the first example 101 except that the thickness t8 of the transparent electrode 3 is uniformly set to 0.170 μm. The modulation performance of the first example 101 was evaluated by measuring the reflection loss in the first example 101 and the comparative example 100. Specifically, the voltage between the transparent electrode (103, 3) and the cell electrodes A to C (50a to 50c) is set to 0 V and no electric field is applied to the electro-optic crystal layer 4, and the transparent electrode (103, 3) and the cell electrodes A to C (50a to 50c) are set to 5 V, and each cell electrode A to C (50a) is applied to each of the states when an electric field having a predetermined intensity is applied to the electro-optic crystal layer 4. The reflection loss characteristics at the position at ~ 50c) were measured.
図６は第１実施例１０１の変調性能を示す図であり、図７は比較例１００の変調性能を示す図である。そして、図６（Ａ）と図７（Ａ）は電界を印加していないときの各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の位置での反射損失特性を示しており、図６（Ｂ）と図７（Ｂ）は透明電極（１０３、３）とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を５Ｖとしたときの各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の位置での反射損失特性を示している。 6 is a diagram showing the modulation performance of the first embodiment 101, and FIG. 7 is a diagram showing the modulation performance of the comparative example 100. In FIG. 6A and 7A show the reflection loss characteristics at the positions of the cell electrodes A to C (50a to 50c) when no electric field is applied, and FIG. FIG. 7B shows the reflection at the positions of the cell electrodes A to C (50a to 50c) when the voltage between the transparent electrodes (103, 3) and the cell electrodes A to C (50a to 50c) is 5V. The loss characteristic is shown.
まず、図６（Ａ）に示したように、第１実施例１０１では、電界を印加していないときのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の各位置における反射損失特性曲線（ｗａ１１〜ｗｃ１１）の形状が異なっている。ここで、第１実施例１０１を実際に動作させる際にセル電極Ａ５０ａ、セル電極Ｂ５０ｂ、およびセル電極Ｃ５０ｃのそれぞれに入射されるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、およびｃ光Ｌｃｉの波長をそれぞれ１５２５ｎｍ、１５５０ｎｍ、および１５６５ｎｍとすると、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のそれぞれの位置での反射損失特性曲線（ｗａ１１〜ｗｃ１１）は、それぞれａ光〜ｃ光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）の波長の近傍に鋭い極小点（Ｐａ１１〜Ｐｃ１１）を有する形状となっている。そして、セル電極Ａ５０ａの位置におけるａ光Ｌａｉの反射損失Ｒａ１１は−８．７ｄＢであり、セル電極Ｂ５０ｂの位置におけるｂ光Ｌｂｉの反射損失Ｒｂ１１およびセル電極Ｃ５０ｃの位置におけるｃ光Ｌｃｉの反射損失Ｒｃ１１は、それぞれ−２６．１ｄＢおよび−１７．０ｄＢであった。 First, as shown in FIG. 6A, in the first embodiment 101, the reflection loss characteristic curves (wa11 to wc11) at the respective positions of the cell electrodes A to C (50a to 50c) when no electric field is applied. ) Is different. Here, when the first embodiment 101 is actually operated, the wavelengths of the a light Lai, the b light Lbi, and the c light Lci incident on the cell electrode A50a, the cell electrode B50b, and the cell electrode C50c are respectively 1525 nm. , 1550 nm, and 1565 nm, the reflection loss characteristic curves (wa11 to wc11) at the respective positions of the cell electrodes A to C (50a to 50c) respectively have wavelengths of a light to c light (Lai to Lci). The shape has sharp minimum points (Pa11 to Pc11) in the vicinity. The reflection loss Ra11 of the a-light Lai at the position of the cell electrode A50a is −8.7 dB, the reflection loss Rb11 of the b-light Lbi at the position of the cell electrode B50b and the reflection loss Rc11 of the c-light Lci at the position of the cell electrode C50c. Were -26.1 dB and -17.0 dB, respectively.
つぎに図６（Ｂ）に示したように、透明電極１０３と各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）との間の電圧を５Ｖにして電気光学結晶層４に電界を印加したところ、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置における反射特性曲線（ｗａ１２〜ｗｃ１２）は、極小点（Ｐａ１２〜Ｐｃ１２）が当初の極小点（Ｐａ１１〜Ｐｃ１１）よりも７ｎｍ程度長波長側にシフトした形状となり、ａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの波長での反射損失（Ｒａ１２、Ｒｂ１２、Ｒｃ１２）は、それぞれ−１．１ｄＢ、−１．３ｄＢ、−１．４ｄＢとなった。したがって、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの変調量は、それぞれ７．６ｄＢ、２４．８ｄＢ、１５．６ｄＢとなり、図１に示した可変光利得等化器１０に適用するのに十分な変調性能を備えている。 Next, as shown in FIG. 6B, when the voltage between the transparent electrode 103 and each of the cell electrodes A to C (50a to 50c) is set to 5 V and an electric field is applied to the electro-optic crystal layer 4, the cell The reflection characteristic curves (wa12 to wc12) at the respective positions of the electrodes A50a, B50b, and C50c have a shape in which the minimum point (Pa12 to Pc12) is shifted to the long wavelength side by about 7 nm from the initial minimum point (Pa11 to Pc11). The reflection loss (Ra12, Rb12, Rc12) at the wavelengths of a light Lai, b light Lbi, and c light Lci were −1.1 dB, −1.3 dB, and −1.4 dB, respectively. Accordingly, the modulation amounts of the a light Lai, b light Lbi, and c light Lci at the positions of the cell electrodes A50a, B50b, and C50c are 7.6 dB, 24.8 dB, and 15.6 dB, respectively, and are variable as shown in FIG. It has sufficient modulation performance to be applied to the optical gain equalizer 10.
一方、比較例１００は、図７に示したように、セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のどの位置でも反射損失特性曲線（ｗ１、ｗ２）の形状が同じになる。すなわち、比較例１００では、透明電極層１０３の厚さｔ８が第１の実施例１０１における透明電極層１０３において同じ０．１７０μｍとなるセル電極Ｂ５０ｂの位置での反射損失特性と同じとなる。そして図７（Ａ）に示したように、電界を印加していないときのセル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃの各位置での反射損失（Ｒａ１、Ｒｂ１、Ｒｃ１）は、それぞれ−０．１ｄＢ、−２６．１ｄＢ、−０．５ｄＢであり、電界を印加したときのセル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃの各位置での反射損失（Ｒａ２、Ｒｂ２、Ｒｃ２）は、それぞれ０．１ｄＢ、−１．３ｄＢ、−１．３ｄＢであった。したがって、透明電極層３とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧が５Ｖ以下である場合、比較例１００におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉのそれぞれの変調量は、０ｄＢ、２４．８ｄＢ、−０．８ｄＢとなる。 On the other hand, as shown in FIG. 7, the comparative example 100 has the same shape of the reflection loss characteristic curve (w1, w2) at any position of the cell electrodes A to C (50a to 50c). That is, in the comparative example 100, the thickness t8 of the transparent electrode layer 103 is the same as the reflection loss characteristic at the position of the cell electrode B50b where the thickness of the transparent electrode layer 103 in the first example 101 is the same 0.170 μm. As shown in FIG. 7A, the reflection loss (Ra1, Rb1, Rc1) at each position of the cell electrodes A50a, B50b, C50c when no electric field is applied is -0.1 dB,- The reflection loss (Ra2, Rb2, Rc2) at each position of the cell electrodes A50a, B50b, C50c when an electric field is applied is 0.1 dB, -1.3 dB, respectively. -1.3 dB. Therefore, when the voltage between the transparent electrode layer 3 and the cell electrodes A to C (50a to 50c) is 5 V or less, each modulation amount of the a light Lai, the b light Lbi, and the c light Lci in the comparative example 100 is 0 dB. 24.8 dB and -0.8 dB.
このように、第１実施例１０１では、透明電極層１０３の厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）をセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のそれぞれに対面する領域で変えることで、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に入射する光に対して異なる位相差が与えられることになる。その結果、ＳＬＭ１０１における各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の前方にあるそれぞれの領域でのファブリペロー共振特性が変わり、透明電極層１０３とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のそれぞれの間の電圧が５Ｖ以下であっても、これらセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の各位置に入射される光（ａ光Ｌａｉ〜ｃ光Ｌｃｉ）を大きく変調することができる。もちろん、実用的なＳＬＭに対応してより多くのセル電極を形成した場合でも、各セル電極の位置に入射される光の波長に応じて各セル電極に対応する領域の厚さを変えれば任意の波長の光に対して大きな変調量を得ることができる。 Thus, in 1st Example 101, by changing the thickness (t8a-t8c) of the transparent electrode layer 103 in the area | region which faces each of cell electrode AC (50a-50c), each cell electrode A- A different phase difference is given to the light incident on C (50a to 50c). As a result, the Fabry-Perot resonance characteristics in the respective regions in front of the cell electrodes A to C (50a to 50c) in the SLM 101 are changed, and the transparent electrode layer 103 and the cell electrodes A to C (50a to 50c) are changed. Even if the voltage between them is 5 V or less, the light (a light Lai to c light Lci) incident on each position of the cell electrodes A to C (50a to 50c) can be greatly modulated. Of course, even when a larger number of cell electrodes are formed corresponding to a practical SLM, the thickness of the region corresponding to each cell electrode can be changed according to the wavelength of light incident on the position of each cell electrode. A large amount of modulation can be obtained for light having a wavelength of.
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
＜構造と製造方法＞
上記第１実施例１０１では、透明電極層１０３において、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する位置の厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）を変えることで、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の形成位置に入射する光に対して異なる位相差を与えていた。それによって任意の波長の光に対して大きな変調量が得られることが確認できた。そこで第二の実施例では、透明電極層以外の層の厚さを変えることで第１実施例１０１と同様の効果が得られるかどうかを検証することとした。そして本発明の第２の実施例に係るＳＬＭでは、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する位置における電気光学結晶層４の厚さを変えている。
=== Second Embodiment ===
<Structure and manufacturing method>
In the first embodiment 101, each cell electrode A to C (50a) is changed by changing the thickness (t8a to t8c) of the position corresponding to each cell electrode A to C (50a to 50c) in the transparent electrode layer 103. Different phase differences were given to the light incident on the formation positions of ˜50c). As a result, it was confirmed that a large amount of modulation was obtained for light of an arbitrary wavelength. Therefore, in the second embodiment, it was verified whether the same effect as in the first embodiment 101 could be obtained by changing the thickness of layers other than the transparent electrode layer. In the SLM according to the second embodiment of the present invention, the thickness of the electro-optic crystal layer 4 at the position corresponding to each cell electrode A to C (50a to 50c) is changed.
図８は、第２の実施例に係るＳＬＭ２０１（以下、第２実施例２０１とも言う）の構造を示す図である。図８（Ａ）はその全体構造を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における円６２内の拡大図である。当該図８に示したように、第２実施例２０１では、ＫＴＮからなる電気光学結晶層２０４の厚さが各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の位置に対応して異なっている。 FIG. 8 is a diagram showing the structure of the SLM 201 (hereinafter also referred to as the second embodiment 201) according to the second embodiment. FIG. 8A is a longitudinal sectional view showing the entire structure, and FIG. 8B is an enlarged view inside a circle 62 in FIG. As shown in FIG. 8, in the second example 201, the thickness of the electro-optic crystal layer 204 made of KTN differs depending on the positions of the cell electrodes A to C (50a to 50c).
当該第２実施例２０１の製造方法は、基本的には、第１実施例１０１と同様であるが、電気光学結晶層２０４と透明電極層３の形成方法が異なっている。電気光学結晶層２０４は、三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）から構成されている金属電極層５の前面にに液相エピタキシャル法によってＫＴＮからなる電気光学結晶を２．２μｍ結晶成長させたのち、そのＫＴＮ結晶の前面にレジストによるマスクを部分的に設けてＡｒ照射によるドライエッチング（ミリング）を行い、ＫＴＮを選択的にエッチングする。それによって、マスクによって遮蔽されていない部分のＫＴＮの厚さが薄くなる。そしてマスクによる遮蔽部分を変えながらミリングを繰り返し、最終的にセル電極Ａ、Ｂ、Ｃの各位置に対応するＫＴＮの厚さ（ｔ９ａ、ｔ９ｂ、ｔ９ｃ）がそれぞれ１．９４９μｍ、１．９８８μｍ、２．０１１μｍとなるように電気光学結晶層２０４を形成した。透明電極層３については、電気光学結晶層２０４の前面をマスクで遮蔽しないで透明電極材料をスパッタリングすることで一律に同じ厚さｔ８となるように形成した。 The manufacturing method of the second embodiment 201 is basically the same as that of the first embodiment 101, but the formation method of the electro-optic crystal layer 204 and the transparent electrode layer 3 is different. The electro-optic crystal layer 204 is obtained by growing 2.2 μm of an electro-optic crystal made of KTN on the front surface of the metal electrode layer 5 composed of three cell electrodes A to C (50a to 50c) by liquid phase epitaxy. After that, a mask made of resist is partially provided on the front surface of the KTN crystal, and dry etching (milling) by Ar irradiation is performed to selectively etch KTN. Thereby, the thickness of the KTN in the portion not shielded by the mask is reduced. Then, milling is repeated while changing the shielding portion by the mask, and finally the thicknesses (t9a, t9b, t9c) corresponding to the positions of the cell electrodes A, B, C are 1.949 μm, 1.988 μm, 2 The electro-optic crystal layer 204 was formed to have a thickness of 0.011 μm. The transparent electrode layer 3 was formed to have the same thickness t8 by sputtering the transparent electrode material without shielding the front surface of the electro-optic crystal layer 204 with a mask.
以下の表３に第２の実施例のＳＬＭにおける各層の厚さを示した。 Table 3 below shows the thickness of each layer in the SLM of the second embodiment.
表３に示したように、第２実施例２０１では、透明電極層３の厚さｔ８が一律に０．１７０μｍであり、電気光学結晶層２０４においてセル電極Ｂ５０ｂに対応する領域の厚さｔ９ｂが第１実施例１０１や比較例１００と同じ１．９８８μｍとなっている。
As shown in Table 3, in the second example 201, the thickness t8 of the transparent electrode layer 3 is uniformly 0.170 μm, and the thickness t9b of the region corresponding to the cell electrode B50b in the electro-optic crystal layer 204 is It is the same 1.988 μm as the first example 101 and the comparative example 100.
＜変調特性＞
図９に第２実施例２０１の変調性能を示した。図９（Ａ）は電界を印加していないときの各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の位置での反射損失特性を示しており、図９（Ｂ）は透明電極層３と各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を５Ｖとしたときの反射損失特性を示している。そして図９（Ａ）（Ｂ）に示したように、第２実施例２０１では、第１実施例１０１と同様に、三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の各位置での反射損失特性が異なっており、図９（Ａ）に示したように、電界を印加していないときの各反射損失特性曲線（ｗａ２１〜ｗｃ２１）は、それぞれに対応するセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に入射されるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの波長（１５２５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５６５ｎｍ）の近傍に極小点Ｐａ２１、Ｐｂ２１、Ｐｃ２１を有した形状となっている。しかし、ａ光Ｌａｉおよびｃ光Ｌｃｉの波長では、セル電極Ａ５０ａおよびセル電極Ｃ５０ｃのそれぞれの位置おいて反射損失（Ｒａ２１、Ｒｃ２１）が第１実施例１０１の反射損失（Ｒａ１１、Ｒｃ１１）よりも大きい。すなわち、波長に対する反射損失の変動が大きい。そして、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの反射損失（Ｒａ２１、Ｒｂ２１、Ｒｃ２１）は、それぞれ−２５．３ｄＢ、−２６．１ｄＢ、−２１．５ｄＢであった。
<Modulation characteristics>
FIG. 9 shows the modulation performance of the second embodiment 201. 9A shows the reflection loss characteristics at the positions of the cell electrodes A to C (50a to 50c) when no electric field is applied. FIG. 9B shows the transparent electrode layer 3 and each cell. The reflection loss characteristics are shown when the voltage between the electrodes A to C (50a to 50c) is 5V. 9A and 9B, in the second embodiment 201, similarly to the first embodiment 101, the reflection loss at each position of the three cell electrodes A to C (50a to 50c). As shown in FIG. 9A, the reflection loss characteristic curves (wa21 to wc21) when no electric field is applied are the cell electrodes A to C (50a to 50c) corresponding to the respective characteristics. ) Incident on the wavelengths of the a light Lai, b light Lbi, and c light Lci (1525 nm, 1550 nm, 1565 nm), and have a minimum point Pa21, Pb21, Pc21. However, at the wavelengths of the a light Lai and the c light Lci, the reflection loss (Ra21, Rc21) is larger than the reflection loss (Ra11, Rc11) of the first embodiment 101 at each position of the cell electrode A50a and the cell electrode C50c. . That is, the fluctuation of the reflection loss with respect to the wavelength is large. The reflection loss (Ra21, Rb21, Rc21) of the a light Lai, b light Lbi, and c light Lci at the respective positions of the cell electrodes A50a, B50b, C50c is −25.3 dB, −26.1 dB, −21, respectively. 0.5 dB.
つぎに、図９（Ｂ）に示したように、透明電極層３と各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を５Ｖにして電気光学結晶層２０４に電界を印加したところ、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの反射損失が、それぞれ−１．３ｄＢ、−１．３ｄＢ、−１．３ｄＢとなった。したがって、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの変調量は、それぞれ２４．０ｄＢ、２４．８ｄＢ、２０．２ｄＢとなり、ａ光Ｌａｉとｃ光Ｌｂｉの変調量を第１の実施例よりもさらに大きくすることができた。なお、セル電極Ｂ５０ｂの位置については、電気光学結晶層２０４と透明電極層３の厚さ（ｔ９ｂ、ｔ８）が第１実施例１０１や比較例１００と同じになるので、反射損失特性も第１実施例１０１や比較例１００と同じとなった。 Next, as shown in FIG. 9B, when the voltage between the transparent electrode layer 3 and each of the cell electrodes A to C (50a to 50c) is set to 5 V and an electric field is applied to the electro-optic crystal layer 204, the cell The reflection losses of the a light Lai, b light Lbi, and c light Lci at the positions of the electrodes A50a, B50b, and C50c were −1.3 dB, −1.3 dB, and −1.3 dB, respectively. Therefore, the modulation amounts of the a light Lai, b light Lbi, and c light Lci at the positions of the cell electrodes A50a, B50b, and C50c are 24.0 dB, 24.8 dB, and 20.2 dB, respectively. The modulation amount of Lbi could be made larger than that in the first example. As for the position of the cell electrode B50b, the thicknesses (t9b, t8) of the electro-optic crystal layer 204 and the transparent electrode layer 3 are the same as those in the first example 101 and the comparative example 100, so that the reflection loss characteristic is also the first. This is the same as Example 101 and Comparative Example 100.
以下の表４に第１実施例１０１、第２実施例２０１、および比較例００の変調性能を纏めて示した。 Table 4 below summarizes the modulation performance of the first example 101, the second example 201, and the comparative example 00.
表４からも明らかなように、第２実施例２０１は第１実施例１０１よりもさらに優れた変調性能を備えている。この理由としては、まず、透明電極（１０３、３）と電気光学結晶層（４、２０４）の屈折率の違いを挙げることができる。例えば、表１にも示したように、透明電極層（１０３、３）を構成するＴｉを添加したＩＴＯの屈折率は、１５５０ｎｍの波長の光に対して１．３８７であるのに対し、電気光学結晶層（４、２０４）を構成するＫＴＮでは、同じ波長の光に対して２．１７０である。そのため、電気光学結晶層（４、２０４）では、厚さの差がより大きな位相差の差に繋がったものと考えられる。
As is clear from Table 4, the second embodiment 201 has a modulation performance further superior to that of the first embodiment 101. As the reason for this, first, the difference in refractive index between the transparent electrode (103, 3) and the electro-optic crystal layer (4, 204) can be mentioned. For example, as shown in Table 1, the refractive index of ITO to which Ti constituting the transparent electrode layers (103, 3) is added is 1.387 with respect to light having a wavelength of 1550 nm. In KTN that constitutes the optical crystal layer (4, 204), it is 2.170 for light of the same wavelength. Therefore, in the electro-optic crystal layer (4, 204), it is considered that the thickness difference led to a larger phase difference.
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記各実施例に係るＳＬＭ（１０１、２０１）では、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する領域の厚さを階段状に変えていたが、可変光利得等化器などに使用されるＳＬＭでは、セル電極の大きさが極めて小さく一辺が１０μｍ程度の矩形であり、ＳＬＭに入射する光のスポット径も１０μｍ程度である、そして透明電極層や電気光学結晶層における厚さの差は、数十ｎｍの単位であることから、厚さの差を階段状ではなく傾斜によって与えても問題はない。
=== Other Embodiments ===
In the SLMs (101, 201) according to the above embodiments, the thicknesses of the regions corresponding to the cell electrodes A to C (50a to 50c) are changed stepwise, but they are used for a variable optical gain equalizer or the like. In the SLM, the size of the cell electrode is extremely small and is a rectangle having a side of about 10 μm, the spot diameter of light incident on the SLM is also about 10 μm, and the difference in thickness between the transparent electrode layer and the electro-optic crystal layer Since it is a unit of several tens of nm, there is no problem even if the difference in thickness is given not by a step but by an inclination.
本発明における基本的な技術思想は、波長が異なる複数の光のそれぞれが入射する位置において、その入射した光が出射するまでの光路長を変えることで波長が異なる各光のそれぞれに対して異なる位相差を与えることにある。そしてその結果として、任意の波長の光に対して小さな電圧でより大きな変調量を得るという効果を奏するものである。 The basic technical idea of the present invention is different for each light having a different wavelength by changing the optical path length until the incident light is emitted at a position where each of a plurality of lights having different wavelengths is incident. It is to give a phase difference. As a result, there is an effect of obtaining a larger modulation amount with a small voltage for light of an arbitrary wavelength.
したがって、誘電体ミラー層の厚さを各セル電極の位置に応じて変えても光路長がかわり同様の効果が得られる。この場合は、誘電体ミラーを構成する多層膜の各層の厚さを変えてもよいし、層数を変えてもよい。あるいは、誘電体ミラーとセル電極との間の適宜な層間に厚さが異なる光透過性部材からなる中間層を配置してもよい。図１０に内部に光透過性部材からなる中間層７を配置したＳＬＭ３０１の一例を示した。この例では、透明電極層３と誘電体ミラー層２との間に、中間層７を配置している。中間層７を構成する光透過性材料としては、ガラスや樹脂、あるいは電気光学結晶など、入射光の波長帯域の光を透過する材料であればどのようなものでもよい。もちろん、誘電体ミラー層２、透明電極層３および電気光学結晶層４のうち、二つ以上の層において厚さを変えてもよいし、それに加えて中間層７を設けてもよい。いずれにしても、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の前面にあるそれぞれの領域の厚さがそれぞれに異なっていればよい。 Therefore, even if the thickness of the dielectric mirror layer is changed according to the position of each cell electrode, the optical path length is changed and the same effect can be obtained. In this case, the thickness of each layer of the multilayer film constituting the dielectric mirror may be changed, or the number of layers may be changed. Or you may arrange | position the intermediate | middle layer which consists of a transparent member from which thickness differs between the suitable layers between a dielectric mirror and a cell electrode. FIG. 10 shows an example of the SLM 301 in which the intermediate layer 7 made of a light transmissive member is disposed. In this example, an intermediate layer 7 is disposed between the transparent electrode layer 3 and the dielectric mirror layer 2. The light transmissive material constituting the intermediate layer 7 may be any material that transmits light in the wavelength band of incident light, such as glass, resin, or electro-optic crystal. Of course, the thickness may be changed in two or more of the dielectric mirror layer 2, the transparent electrode layer 3, and the electro-optic crystal layer 4, and the intermediate layer 7 may be provided in addition thereto. Anyway, the thickness of each area | region in the front surface of each cell electrode AC (50a-50c) should just differ, respectively.
上記各実施例、および比較例に係るＳＬＭでは、電気光学結晶層に電界を印加したときに反射損失特性曲線が長波長側にシフトしていたが、電気光学結晶層に電界を印加したときの位相差の変化は、電気光学効果に基づく屈折率の変化に起因するものと、電歪効果に基づく光路長の変化に起因するものとがある。したがって、電気光学結晶層の材料や厚さ、印加する電界の強度などによっては反射損失特性曲線が短波長側にシフトする場合もあり得る。いずれにしても、波長が異なる複数の光のそれぞれが入射する位置毎に、位相差を変えることで低電圧でより大きな変調量が得られる。 In the SLMs according to the above examples and comparative examples, the reflection loss characteristic curve was shifted to the long wavelength side when an electric field was applied to the electro-optic crystal layer, but when the electric field was applied to the electro-optic crystal layer, The change in the phase difference may be caused by a change in the refractive index based on the electro-optic effect, or may be caused by a change in the optical path length based on the electrostrictive effect. Therefore, the reflection loss characteristic curve may shift to the short wavelength side depending on the material and thickness of the electro-optic crystal layer, the strength of the applied electric field, and the like. In any case, a larger modulation amount can be obtained at a low voltage by changing the phase difference at each position where a plurality of light beams having different wavelengths are incident.
本発明は、光通信における可変利得等化器などの利用に適している。 The present invention is suitable for use of a variable gain equalizer or the like in optical communication.
１，１００，１０１，２０１，３０１ 空間光変調器（ＳＬＭ）、２ 誘電体ミラー層、３，１０３ 透明電極層、４，２０４ 電気光学結晶層、５ 金属電極層、６ 基板、７ 中間層、Ｌ４，Ｌａｉ〜Ｌｃｉ 入射光、Ｌａｏ〜Ｌｃｏ 出射（反射）光、１０ 可変利得等化器、１６ 駆動回路、５０，５０ａ〜５０ｃ セル電極 1, 100, 101, 201, 301 Spatial light modulator (SLM), 2 dielectric mirror layer, 3,103 transparent electrode layer, 4,204 electro-optic crystal layer, 5 metal electrode layer, 6 substrate, 7 intermediate layer, L4, Lai to Lci incident light, Lao to Lco outgoing (reflected) light, 10 variable gain equalizer, 16 driving circuit, 50, 50a to 50c cell electrode
Claims (5)
後方から前方に向かって、基板、反射板を兼ねる金属電極層、電気光学効果を有する薄膜状の電気光学結晶からなる電気光学結晶層、透明電極層、および誘電体ミラー層がこの順に積層されてなり、
前記透明電極層と金属電極層の少なくとも一方は、前記複数の波長成分の光のそれぞれに個別に対応する複数のセル電極から構成され、
外部に設けられた駆動回路により、前記透明電極層と前記セル電極との間に電圧が印加されると、各セル電極のそれぞれに対応して前方から入射する各波長成分の光が強度変調されて前方へ出力され、
前方から見たときに、各セル電極のそれぞれが占有する領域における前後方向の厚さが異なっていることで、各セル電極のそれぞれの領域に入射される波長成分の光のそれぞれに対して異なる位相差があらかじめ与えられている、
ことを特徴とする空間光変調器。 A spatial light modulator that modulates the intensity of each of a plurality of wavelength components incident from the front and outputs the modulated light.
From the rear to the front, a substrate, a metal electrode layer that also serves as a reflector, an electro-optic crystal layer made of a thin-film electro-optic crystal having an electro-optic effect, a transparent electrode layer, and a dielectric mirror layer are laminated in this order. Become
At least one of the transparent electrode layer and the metal electrode layer is composed of a plurality of cell electrodes individually corresponding to the light of the plurality of wavelength components,
When a voltage is applied between the transparent electrode layer and the cell electrode by an external driving circuit, the light of each wavelength component incident from the front corresponding to each cell electrode is intensity-modulated. Output forward,
When viewed from the front, the thickness in the front-rear direction in the area occupied by each cell electrode is different, so that it differs for each wavelength component light incident on each area of each cell electrode. Phase difference is given in advance,
A spatial light modulator characterized by that.
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