JP2021092720A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】電気光学効果を示す固体電解質を用いて光を変調する光変調器を提供する。【解決手段】光変調器は、電圧の印加によって屈折率が変化する固体電解質層３０と、固体電解質層に電圧を印加する一対の電極２０と、一対の電極に印加する電圧を制御して固体電解質層の屈折率を変化させることにより、固体電解質層の内部または表面に存在する光を変調する制御回路と、を備える。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、光変調器に関する。

従来、電解質を電池または電気二重層キャパシタなどに利用したデバイスが多く報告されている（例えば特許文献１および２参照）。一方、電解質を利用した光デバイスはあまり報告されていない。電解質を利用した光デバイスとして、電解質を電気光学材料に接触させた光デバイスが報告されている（例えば、特許文献３および４参照）。電気光学材料は、ポッケルス効果、カー効果、またはエレクトロクロミック効果のように、電圧の印加によって屈折率が変化する電気光学効果を示す。電解質を電気光学材料に接触させると、電気光学材料に強電界が印加されたり、電気光学材料内で酸化・還元反応が生じたりする。その結果、高い電気光学効果によって電気光学材料内の光が変調される。ただし、電解質自体が電気光学効果を示すわけではない。

特開２０１９−１４５４８６号公報 特開２０１３−０６５６３９号公報 特開２０１７−０４４８５６号公報 特開平７−１６８２１４号公報 Eiji Tokunaga et al., "Gigantic optical Pockels effect in water within the electric double layer at the electrode-solution interface", Phys. Rev. B, 77, 241401 (2008).

本開示は、電気光学効果を示す固体電解質を用いて光を変調する光変調器を提供する。

本開示の一態様に係る光変調器は、電圧の印加によって屈折率が変化する固体電解質層と、前記固体電解質層に前記電圧を印加する一対の電極と、前記一対の電極に印加する前記電圧を制御して前記固体電解質層の前記屈折率を変化させることにより、前記固体電解質層の内部または表面に存在する光を変調する制御回路と、を備える。

本開示の技術によれば、電気光学効果を示す固体電解質を用いて光を変調することができる。

図１Ａは、本開示の例示的な実施形態における光変調器の例を模式的に示す図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す光変調器の側面図である。 図２Ａは、一対の電極に電圧を印加した場合における、一対の電極および固体電解質層内の電荷分布を模式的に示す図である。 図２Ｂは、一対の電極の間での、第１電極の上面からＺ方向に沿った距離と、電位との関係を模式的に示す図である。 図２Ｃは、一対の電極の間での、第１電極の上面からＺ方向に沿った距離と、電界の強度との関係を模式的に示す図である。 図３Ａは、本実施形態における固体電解質層の電気光学効果を調べるための構成の例を模式的に示す図である。 図３Ｂは、一対の電極に印加する電圧の値と、基板を通過した光のリタデーションとの関係の室温での実験結果を示す図である。 図４は、本実施形態の第１変形例における光変調器の例を模式的に示す図である。 図５は、本実施形態の第２変形例における光変調器の例を模式的に示す図である。 図６は、本実施形態の第３変形例における光変調器の例を模式的に示す図である。 図７Ａは、本実施形態の第４変形例における光変調器の第１の例を模式的に示す図である。 図７Ｂは、本実施形態の第４変形例における光変調器の第２の例を模式的に示す図である。 図８Ａは、本実施形態の第５変形例における光変調器の第１の例を模式的に示す図である。 図８Ｂは、本実施形態の第５変形例における光変調器の第２の例を模式的に示す図である。 図９は、光変調器の製造工程を示すフローチャートである。 図１０は、本実施形態の第１応用例における光スイッチングデバイスの例を模式的に示す平面図である。 図１１Ａは、本実施形態の第２応用例における光フェーズドアレイの第１の例を模式的に示す図である。 図１１Ｂは、本実施形態の第２応用例における光フェーズドアレイの第２の例を模式的に示す図である。

電解質において、伝導イオンの偏在によって電気二重層が形成される。電気二重層は、強電界を発生させる。このような性質から、電解質では、分極の変化と共に大きな光物性の変化が起きることが期待される。例えば、非特許文献１は、電解質の水溶液が電気光学効果を示すことを開示している。非特許文献１によれば、一対の電極を電解質の水溶液に入れ、この一対の電極に電圧を印加した場合、水溶液と各電極との界面に電気二重層が形成され、電気二重層付近での水溶液の屈折率が大きく変化する。電解質の水溶液は電気光学効果を示すものの、加工性に乏しいことから、光デバイスには利用されていない。電気光学効果を示す固体電解質が存在すれば、加工性の容易さから、固体電解質を光デバイスに利用することができる。

本開示における光変調器では、電気光学効果を示す固体電解質を用いて、光が変調される。固体電解質では、電気二重層に発生する強電界によって固体電解質自体の屈折率が大きく変化する。本開示によれば、光変調器の小型化および省電力化を実現することができる。

第１の項目に係る光変調器は、電圧の印加によって屈折率が変化する固体電解質層と、前記固体電解質層に前記電圧を印加する一対の電極と、前記一対の電極に印加する前記電圧を制御して前記固体電解質層の前記屈折率を変化させることにより、前記固体電解質層の内部または表面に存在する光を変調する制御回路と、を備える。

この光変調器では、固体電解質層自体が示す電気光学効果により、固体電解質層の内部または表面に存在する光を変調することができる。

第２の項目に係る光変調器は、第１の項目に係る光変調器において、前記固体電解質層が、可視領域から赤外領域の光に対して透明である。

この光変調器では、可視領域から赤外領域の光を、ロスなく変調することができる。

第３の項目に係る光変調器は、第１または第２の項目に係る光変調器において、前記固体電解質層がアモルファス構造を有し、かつ、イオン伝導性を示す。

この光変調器では、イオン伝導性を示す固体電解質層がアモルファス構造を有するので、固体電解質層の下地の材料に関して、エピタキシャル成長のような、格子定数が近い材料を選択するなどの厳しい制限は存在しない。

第４の項目に係る光変調器は、第１から第３の項目のいずれかに係る光変調器において、前記固体電解質層が、Ｌｉ_ｘＺｒ_ｚＳｉ_１−ｚＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＝ｘ／２＋２、０≦ｚ≦１）またはＬｉ_３ＰＯ_４−ｙＮ_ｙによって表される物質から形成されている。

この光変調器では、固体電解質層が、可視領域から赤外領域の光に対して透明であり、さらに、アモルファス構造を有し、かつ、イオン伝導性を示す。

第５の項目に係る光変調器は、第１から第４の項目のいずれかに係る光変調器において、前記制御回路が、前記光の位相、透過、反射、および偏光方向の少なくとも１つを変調する。

この光変調器では、固体電解質層の内部または表面に存在する光の位相、透過、反射、および偏光方向の少なくとも１つを変調することができる。

第６の項目に係る光変調器は、第１から第５の項目のいずれかに係る光変調器において、前記一対の電極の少なくとも一方が、透明電極である。

この光変調器では、一対の電極による光のロスを低減することができる。

第７の項目に係る光変調器は、第１から第６の項目のいずれかに係る光変調器において、電圧の印加によって各々の屈折率が変化する、複数の固体電解質層であって、前記固体電解質層を含む複数の固体電解質層と、各対の電極が前記複数の固体電解質層の１つに前記電圧を印加する、複数対の電極であって、前記一対の電極を含む複数対の電極と、を備える。前記制御回路は、各対の電極に印加する前記電圧を制御して前記複数の固体電解質層の前記１つの前記屈折率を変化させることにより、前記複数の固体電解質層の前記１つの内部または表面に存在する光を変調する。

この光変調器では、複数の固体電解質層の内部または表面に存在する光を別々に変調することができる。

本開示において、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部、またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つまたは複数の電子回路によって実行され得る。ＬＳＩまたはＩＣは、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、１つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、もしくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、またはＬＳＩ内部の接合関係の再構成またはＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。

さらに、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部の機能または動作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは１つまたは複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）および周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている１つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、および必要とされるハードウェアデバイス、例えばインターフェースを備えていてもよい。

本開示において、「光」とは、可視光（波長が約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）だけでなく、紫外線（波長が約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ）および赤外線（波長が約７００ｎｍ〜約１ｍｍ）を含む電磁波を意味する。

以下、図面を参照しながら、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複する説明を省略することがある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。

（実施形態）
まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本開示の実施形態における光変調器の基本的な構成例を説明する。図１Ａは、本開示の例示的な実施形態における光変調器１００の例を模式的に示す図である。図１Ｂは、図１Ａに示す光変調器１００の側面図である。以下の説明において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる座標系を用いる。Ｘ軸の矢印と同じ方向を「＋Ｘ方向」と称し、その反対の方向を「‐Ｘ方向」と称する。±Ｙ方向および±Ｚ方向についても同様である。説明の便宜上、＋Ｚ方向を「上方向」と称し、−Ｚ方向を「下方向」と称する。これらの呼称は、便宜上用いられるにすぎず、現実に使用される光変調器１００の配置または姿勢を限定することを意図するわけではない。以下の説明では、Ｘ方向における寸法を「長さ」と称し、Ｙ方向における寸法を「幅」と称し、Ｚ方向における寸法を「厚さ」と称する。

図１Ａは、＋Ｘ方向から見た光変調器１００の構造を模式的に示している。図１Ｂは、−Ｙ方向から見た光変調器１００の構造を模式的に示している。

本実施形態における光変調器１００は、基板１０と、第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂと、固体電解質層３０と、制御回路４０とを備える。

本実施形態における基板１０は、ＸＹ平面に平行な表面１０ｓを有する。第１電極２０ａは、基板１０の表面１０ｓ上に位置する。固体電解質層３０は、第１電極２０ａ上に位置する。第２電極２０ｂは、固体電解質層３０上に位置する。すなわち、基板１０、第１電極２０ａ、固体電解質層３０、および第２電極２０ｂは、この順に積層されている。本明細書において、第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂを、「一対の電極２０」とも称する。基板１０、一対の電極２０、および固体電解質層３０は、少なくともＸ方向に延びた構造を有する。

以下に、各構成要素をより具体的に説明する。

基板１０は、一対の電極２０および固体電解質層３０を支持する。基板１０は、例えば、ガラスから形成され得る。基板１０は、不要であれば省略してもよい。

本実施形態における一対の電極２０は、Ｚ方向において、固体電解質層３０の両側に接している。一対の電極２０の各々は、ＸＹ平面に平行な面を有する。一対の電極２０に直流電圧を印加することにより、固体電解質層３０に電界が印加される。直流電圧は、直流パルス電圧であってもよい。直流パルス電圧の電圧値の時間平均を直流電圧の値として扱ってもよい。直流パルス電圧のデューティ比を変えることにより、電圧の時間平均値を調整することができる。一対の電極２０の各々は、典型的には、ＳｎＯ_２ドープＩｎ_２Ｏ_３（ＩＴＯ）、ＦドープＳｎＯ_２（ＦＴＯ）、およびＳｂドープＴｉＯ_２（ＡＴＯ）からなる群から選択された少なくとも１つから形成された透明電極である。当該透明電極は、可視領域から赤外領域の光に対して透明である。用途によって、一対の電極２０の少なくとも一方は、金属から形成され得る。一対の電極２０の各々の厚さは、例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり得る。

本実施形態における固体電解質層３０は、図１Ｂに示すように、全反射によって光３２をＸ方向に沿って伝搬させる光導波層として機能する。図１Ａに示す楕円は、光３２の強度が当該楕円内で相対的に高いことを表している。固体電解質層３０の屈折率は、光変調器１００の周辺の媒質の屈折率、一対の電極２０の屈折率、および基板１０の屈折率よりも高い。第１電極２０ａの屈折率が基板１０の屈折率より高ければ、基板１０は光導波層として機能しない。光３２のロスを低減する場合、一対の電極２０は透明電極であり得る。光３２のロスを低減する必要がない場合、一対の電極２０の少なくとも一方は、金属から形成されていてもよい。

本実施形態における固体電解質層３０は、イオン伝導体から形成されている。イオン伝導体では、正イオンおよび負イオンの少なくとも一方が、外部からの電界印加によって移動する。固体電解質層３０は、その組成に応じて、１０^−８Ｓ／ｃｍから１０^−２Ｓ／ｃｍ程度のオーダのイオン伝導度を有し得る。固体電解質層３０は、可視領域から赤外領域の光３２に対して透明であり得る。固体電解質層３０がこのように透明であれば、可視領域から赤外領域の光３２のロスを無視することができる。固体電解質層３０は、アモルファス構造を有し得る。アモルファス構造の固体電解質層３０の下地の材料に関しては、エピタキシャル成長のような、格子定数が近い材料を選択するなどの厳しい制限は存在しない。固体電解質層３０の厚さは、例えば２００ｎｍ以上２．５μｍ以下であり得る。固体電解質層３０の厚さが２．５μｍ以下であれば、固体電解質層３０の内部抵抗は大きく増加せず、固体電解質層３０に印加された電界の強度が減少することを抑制することができる。

本実施形態における固体電解質層３０は、例えば、Ｌｉ_ｘＺｒ_ｚＳｉ_１−ｚＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＝ｘ／２＋２、０≦ｚ≦１）またはＬｉ_３ＰＯ_４−ｙＮ_ｙによって表される物質から形成され得る。本明細書では、Ｌｉ_ｘＺｒ_ｚＳｉ_１−ｚＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＝ｘ／２＋２、０≦ｚ≦１）を「ＬＺＳＯ」と称し、Ｌｉ_３ＰＯ_４−ｙＮ_ｙを「ＬｉＰＯＮ」と称する。これらの物質は、後述するパルスレーザ堆積（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＬＤ）法によって室温で堆積され得る。ＰＬＤ法によって室温で堆積されたＬＺＳＯ層またはＬｉＰＯＮ層は、アモルファス構造を有する。ＬＺＳＯ層またはＬｉＰＯＮ層は、可視領域から赤外領域の光に対して透明である。

ＬＺＳＯ層におけるＬｉのイオン伝導度は、１≦ｘ≦４のとき、１０^−８Ｓ／ｃｍのオーダ以上である。ｘ＝１のとき、ＬＺＳＯ層と一対の電極２０の各々との界面は平坦である。ｚ＞０のとき、ＬＺＳＯ層におけるＬｉのイオン伝導度は、ｚ＝０のときと比較して増加する。

後述するように、本実施形態における固体電解質層３０は電気光学効果を示す。固体電解質層３０の屈折率は、ポッケルス効果またはカー効果により、印加された電界の強度に応じて変化する。印加された電界が強いほど、固体電解質層３０の屈折率の変化量が大きくなる。電界を印加しないときは、当該変化量はゼロになる。本実施形態によれば、電圧が印加されているときだけ屈折率が初期値から変化するので、光変調器１００のオンおよびオフが容易である。電界の印加による固体電解質層３０の屈折率の変化により、固体電解質層３０内を伝搬する光３２の位相を変調することができる。電気光学効果の速い応答性により、位相の変調速度は高く、例えば数十ＭＨｚ以上にすることができる。

光３２の空気中での波長をλ、電界が印加されていない場合の固体電解質層３０の屈折率をｎ_０、電界の印加による固体電解質層３０の屈折率の変化量をΔｎ、固体電解質層３０の長さをＬ、固体電解質層３０を伝搬する前の光３２の位相をφ＝０とすると、固体電解質層３０を伝搬した後の光３２の位相は、φ＝（２π／λ）（ｎ_０＋Δｎ）Ｌである。このうち、電界の印加による光３２の位相の変化量は、Δφ＝（２π／λ）ΔｎＬである。

本実施形態における制御回路４０は、一対の電極２０に直流電圧を印加する。図１Ａに示す矢印付きの破線は、制御回路４０から一対の電極２０に信号が入力されることを表している。制御回路４０は、一対の電極２０に電圧を印加して固体電解質層３０の屈折率を変化させることにより、固体電解質層３０を伝搬する光３２の位相を変調する。制御回路４０は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、または中央演算処理装置（ＣＰＵ）もしくは画像処理用演算プロセッサ（ＧＰＵ）とコンピュータプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。なお、以下の図では、制御回路４０を省略することがある。

次に、図２Ａから図２Ｃを参照して、固体電解質層３０内の電荷分布、電位分布、および電界の強度分布を説明する。

図２Ａは、一対の電極２０に電圧を印加した場合における、一対の電極２０および固体電解質層３０内の電荷分布を模式的に示す図である。図２Ａの上の図は、図１Ａの光変調器１００を表している。図２Ａの下の図は、上の図に示す太線によって囲まれた領域における電荷分布の例を模式的に表している。第２電極２０ｂの電位が第１電極２０ａの電位よりも高い場合、一対の電極２０の間には、下向きの電界が発生する。図２Ａの下の図は、このときの第１電極２０ａ内の負の電荷（−）、第２電極２０ｂ内の正の電荷（＋）、ならびに固体電解質層３０内の正イオン（＋）および負イオン（−）の分布を模式的に表している。

第１電極２０ａは負に帯電し、第２電極２０ｂは制に帯電する。第１電極２０ａに含まれる負の電荷、および第２電極２０ｂに含まれる正の電荷は、固体電解質層３０の側に分布する。一対の電極２０の間に発生する下方向の電界により、固体電解質層３０に含まれるイオンのうち、正イオンは、第１電極２０ａの側に移動し、負イオンは、第２電極２０ｂの側に移動する。固体電解質層３０内の正イオンおよび負イオンの移動に起因して、一対の電極２０の各々と固体電解質層３０との界面には、破線によって囲まれた電気二重層が形成される。電気二重層は、キャパシタとして機能する。

ただし、固体電解質層３０の種類によっては移動できないイオンが含まれる場合もあり得る。例えば、電解質を構成するイオンのうち、正イオンが移動でき、負イオンが移動できない場合、電圧の印加によって正イオンは負に帯電した第１電極２０ａの側に移動する。逆に正に帯電した第２電極２０ｂ付近では、正イオンが離れるので、もともと正イオンが存在していた部分は相対的に負に帯電する。したがって、あたかも負イオンが第２電極２０ｂ付近に移動したように取り扱える。移動後のイオンの位置は、固体電解質層３０の種類、固体電解質層３０に含まれるイオンの種類、および固体電解質層３０に印加される電圧の値に応じて変化する。例えば、印加電圧の値が大きい場合には多くのイオンが移動する。サイズが小さいイオンは、より電極の近くまで移動する。

図２Ｂは、一対の電極２０の間での、第１電極２０ａの上面からＺ方向に沿った距離Ｚと、電位Ｖとの関係を模式的に示す図である。Ｚ＝０は、第１電極２０ａの上面の位置を表し、Ｚ＝Ｚ_１は、第２電極２０ｂの下面の位置を表している。Ｖ_１は、第１電極２０ａの電位を表し、Ｖ_２は、第２電極２０ｂの電位を表している。Ｚ＝０付近およびＺ＝Ｚ_１付近では、電気二重層の形成により、電位Ｖが、距離Ｚの増加に伴って急峻に増加する。固体電解質層３０のうち、Ｚ＝Ｚ_１およびＺ＝Ｚ_２から離れた部分では、電位Ｖはほぼ一定である。

図２Ｃは、一対の電極２０の間での、第１電極２０ａの上面からＺ方向に沿った距離Ｚと、電界の強度Ｅとの関係を模式的に示す図である。図２Ｃに示す電界の強度Ｅは、図２Ｂに示す電位Ｖの勾配の絶対値に相当する。固体電解質層３０のうち、Ｚ＝０付近において、電界の強度Ｅは、距離Ｚの増加に伴って急峻に減少する。Ｚ＝０およびＺ＝Ｚ_１から離れた部分では、電界の強度Ｅはほぼゼロである（Ｅ＝０）。固体電解質層３０のうち、Ｚ＝Ｚ_１付近では、電界の強度Ｅは、距離Ｚの増加に伴って急峻に増加する。

図２Ｃに示すように、固体電解質層３０と一対の電極２０の各々との界面には、強度Ｅ_１を有する強電界が発生する。固体電解質層３０の種類に依存するが、電気二重層の厚さは数ｎｍ以下である。電気二重層における電位の急峻な勾配により、電界の強度Ｅ_１は、１０ＭＶ/ｃｍ程度になる。電気二重層の強電界に起因して、電気二重層内の構成原子またはイオンは、電子分極またはイオン分極を引き起こす。結果として、低電圧であっても電気二重層内で大きい屈折率の変化が生じる。一対の電極２０の付近での屈折率の変化量は１０^−２以上のオーダになることが期待できる。

一対の電極２０の間に印加される電圧の値は、固体電解質層３０が分解されない値に設定される。例えば、金属イオンを含む固体電解質層３０に高電圧を印加すると、金属イオンが還元析出し得る。その結果、一対の電極２０が短絡してしまう。一般に、固体電解質層３０の分解電圧は１Ｖから４Ｖ程度である。

本実施形態における固体電解質層３０と一対の電極２０の各々との界面は平坦である。界面は必ずしも厳密に平坦でなくてもよく、多少の傾斜または凹部もしくは凸部を有する部分が存在していてもよい。しかし、界面が全体にわたって凹部または凸部を有する場合、凹部または凸部で発生する電界が弱め合い、界面付近には、強電界が集中しない可能性がある。その場合、固体電解質層３０のうち、界面付近での屈折率の変化量が小さくなる可能性がある。また、界面の凹部または凸部による光３２の散乱により、光３２のロスが生じ得る。これに対し、界面が平坦である場合、界面付近には、Ｚ方向に強電界が集中する。これにより、固体電解質層３０の界面付近での屈折率の変化量を大きくできる。また、平坦な界面により、光３２のロスが抑制される。

固体電解質層３０に、電界をＺ方向に印加すると、固体電解質層３０の屈折率は、Ｚ方向において大きく変化する。したがって、ＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ）モードでの光３２の位相を変調することができる。ＴＭモードでの光３２は、主にＺ方向に平行な電界を有する。

固体電解質層３０が所定値以上の幅および厚さを有する場合、導波モードの存在により、固体電解質層３０は光導波層として機能する。固体電解質層３０の厚さおよび幅は、Ｘ方向に沿って光３２を伝搬させる光導波層を形成する値に設計されている。

本実施形態における光変調器１００によれば、電気光学材料層を含まないので、光変調器１００の小型化、および光変調器１００の製造プロセスの簡素化を実現することができる。さらに、一対の電極２０の間に電気光学材料層が存在しない分だけ、固体電解質層３０に高い強度の電界を印加することができ、光変調器１００の省電力化を実現することができる。

（固体電解質層３０の電気光学効果）
次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、本実施形態における固体電解質層３０が電気光学効果を示すことを説明する。以下において、前述と重複する説明は省略することがある。

図３Ａは、本実施形態における固体電解質層３０の電気光学効果を調べるための構成の例を模式的に示す図である。図３Ａに示す例では、基板１０上に第１電極２０ａ、固体電解質層３０、および第２電極２０ｂがこの順に積層されている。基板１０は、石英から形成されている。第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂは、Ｎｉから形成された半透明の極薄膜である。当該極薄膜は、電子線蒸着法によって室温で堆積された。第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂの各々の厚さは７ｎｍである。固体電解質層３０は、ＬＺＳＯ層である。ＬＺＳＯ層は、ＰＬＤ法によって室温で堆積された。固体電解質層３０の厚さは４００ｎｍである。光３４は、第２電極２０ｂ、固体電解質層３０、第１電極２０ａ、および基板１０をこの順に通過する。図３Ａに示す例において、光３４の反射は考慮されない。光３４の波長はλ_０＝５８９ｎｍであり、光３４の第２電極２０ｂに対する入射角度は４５度である。第２電極２０ｂに入射する光３４は、Ｐ偏光およびＳ偏光を有する直線偏光である。Ｐ偏光は、ＹＺ平面に平行な電界を有する光であり、Ｓ偏光は、Ｘ方向に平行な電界を有する光である。直線偏光では、Ｐ偏光の位相θ_ＰおよびＳ偏光の位相θ_Ｓが等しい。基板１０を通過した光３４は楕円偏光である。斜め入射の光３４が第２電極２０ｂから基板１０までを通過した場合、固体電解質層３０が等方性媒質であっても、光３４のＰ偏光の位相θ_ＰとＳ偏光の位相θ_Ｓとが異なる。これらの位相差Δθ＝θ_Ｐ−θ_Ｓは、リタデーションＲ＝λ_０Δθ／（２π）によって評価される。

図３Ａに示す例では、電圧を印加した場合、固体電解質層３０のうち、電気二重層が形成される一対の電極２０付近でのＰ偏光に対する屈折率が主に変化すると考えらえる。なぜなら、電気二重層によって発生する強電界はＺ方向に平行であり、前述した電子分極またはイオン分極はＺ方向において引き起こされるからである。位相は屈折率に比例する。以上のことから、電圧を印加した場合、固体電解質層３０における一対の電極２０付近でのＰ偏光に対する屈折率の変化に伴い、光３４におけるＰ偏光の位相θ_Ｐが主に変化する。その結果、リタデーションＲが変化する。

図３Ｂは、一対の電極２０に印加する電圧の値と、基板１０を通過した光３４のリタデーションＲとの関係の室温での実験結果を示す図である。図３Ｂに示す例において、上下に短い横線を有する縦線は、各電圧におけるリタデーションＲの測定誤差の範囲を表している。黒丸は、その範囲の中心を表している。一対の電極２０の間の電圧は、第１電極２０ａの電位を基準とした、第１電極２０ａの電位と第２電極２０ｂの電位との電位差である。図３Ｂに示す例では、印加電圧の値が−２Ｖから２Ｖまで増加すると、リタデーションＲが単調に増加した。例えば、印加電圧の値が−２Ｖ、０Ｖ、および２Ｖの場合、リタデーションＲは、それぞれ、−０．０２５ｎｍ、−０．０１４ｎｍ、および０．０１５ｎｍであった。図３Ｂに示すように、本実施形態における固体電解質層３０は、ポッケルス効果またはカー効果のような電気光学効果を示すことが明らかになった。本実施形態における固体電解質層３０は、波長λ_０＝５８９ｎｍの光３４に限らず、可視領域から赤外領域の光に対して電気光学効果を示す。固体電解質層３０自体が有効な電気光学効果を示すことは、これまで報告されていなかった。

（変形例）
次に、図４から図８Ｂを参照して、本実施形態における光変調器１００の第１変形例から第５変形例を説明する。

図４は、本実施形態の第１変形例における光変調器１１０の例を模式的に示す図である。本実施形態の第１変形例における光変調器１１０では、本実施形態における光変調器１００とは異なり、第１電極２０ａの幅が、固体電解質層３０の幅よりも広い。第１変形例における光変調器１１０では、広い幅を有する第１電極２０ａにより、固体電解質層３０に印加されるＺ方向の電界が、Ｙ方向においてより均一になる。このように、一対の電極２０の少なくとも一方の幅が、第１電極２０ａの幅よりも広い場合、固体電解質層３０に電界を効率的に印加することができる。

図５は、本実施形態の第２変形例における光変調器１２０の例を模式的に示す図である。本実施形態の第２変形例における光変調器１２０では、本実施形態における光変調器１００とは異なり、第１電極２０ａ、固体電解質層３０、および第２電極２０ｂが、この順に、基板１０の表面１０ｓに沿って並んでいる。一対の電極２０は、固体電解質層３０の両側に接するように、基板１０の表面１０ｓ上に位置する。図５に示す例では、固体電解質層３０に、電界がＹ方向に印加される。固体電解質層３０の屈折率は、Ｙ方向において大きく変化する。したがって、ＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ）モードでの光３２の位相を変調することができる。ＴＥモードでの光３２は、主にＹ方向に平行な電界を有する。図５に示す例において、一対の電極２０の厚さは、固体電解質層３０の厚さに等しい。一対の電極２０が固体電解質層３０よりも厚ければ、固体電解質層３０に印加されるＹ方向の電界が、Ｚ方向においてより均一になる。これにより、固体電解質層３０に電界を効率的に印加することができる。

図６は、本実施形態の第３変形例における光変調器１３０の例を模式的に示す図である。本実施形態の第３変形例における光変調器１３０では、本実施形態における光変調器１００とは異なり、第１電極２０ａ上に、複数の固体電解質層３０が、間隔をあけて並んでいる。複数の固体電解質層３０上には、それぞれ複数の第２電極２０ｂが設けられている。複数の固体電解質層３０内には、複数の光３２がそれぞれ伝搬する。図６に示す例において、複数の固体電解質層３０は、固体電解質層３０_１、固体電解質層３０_２、および固体電解質層３０_３を含む。複数の第２電極２０ｂは、第２電極２０ｂ_１、第２電極２０ｂ_２、および第２電極２０ｂ_３を含む。複数の光３２は、光３２_１、光３２_２、および光３２_３を含む。複数の固体電解質層３０の数、および複数の第２電極２０ｂの数に制限はない。複数の第２電極２０ｂの各々には、直流電圧が印加される。複数の第２電極２０ｂの各々と、対向する第１電極２０ａの一部とを、一対の電極と考えることができる。

図６に示す例では、第２電極２０ｂ_１、第２電極２０ｂ_２、および第２電極２０ｂ_３に電圧を印加することにより、固体電解質層３０_１、固体電解質層３０_２、および固体電解質層３０_３の屈折率をそれぞれ別々に変化させることができる。これにより、固体電解質層３０_１、固体電解質層３０_２、および固体電解質層３０_３をそれぞれ伝搬する光３２_１、光３２_２、および光３２_３の位相を別々に調整することができる。図６に示す第１電極２０ａ、第２電極２０ｂ_１、および固体電解質層３０_１は、それぞれ、図１Ａに示す第１電極２０ａ、第２電極２０ｂ、および固体電解質層３０に対応する。したがって、本実施形態の第３変形例における光変調器１３０は、本実施形態における光変調器１００を含むと考えることができる。

以上のように、本実施形態の第３変形例における光変調器１３０は、基板１０と、複数対の電極２０と、複数の固体電解質層３０と、制御回路４０とを備える。複数の固体電解質層３０の各々は、少なくともＸ方向に延びた構造を有する。複数対の電極２０の各対の電極は、複数の固体電解質層３０の１つの両側に接している。複数の固体電解質層３０の各々の厚さおよび幅は、Ｘ方向に沿って光３２を伝搬させる光導波層を形成する値に設計されている。制御回路４０は、複数対の電極２０の各対の電極に電圧を印加して複数の固体電解質層３０の１つの屈折率を変化させることにより、複数の固体電解質層３０の当該１つを伝搬する光３２の位相を変調する。

図７Ａおよび図７Ｂは、本実施形態の第４変形例における光変調器１４０の例を模式的に示す図である。本実施形態の第４変形例における光変調器１４０は、本実施形態における光変調器１００とは異なり、固体電解質層３０を上面から下面に通過する光３４を変調する。光３４は、第２電極２０ｂ、固体電解質層３０、第１電極２０ａ、および基板１０をこの順に通過する。光変調器１４０は、光３４が通過する領域に存在していればよく、Ｘ方向にもＹ方向にも延びる必要はない。光３４を通過させるために、一対の電極２０の各々は透明電極であってもよいし、金属から形成された半透明の極薄膜であってもよい。一対の電極２０の各々の厚さは、透明電極の場合、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、金属から形成された極薄膜の場合、３ｎｍ以上１３ｎｍ以下である。

図７Ａに示す例において、電圧を印加しない場合、光３４は、反射されることなく、第２電極２０ｂ、固体電解質層３０、第１電極２０ａ、および基板１０をこの順に通過する。公知の反射防止膜の技術を用いれば、基板１０、一対の電極２０、および固体電解質層３０の屈折率および厚さを適切に設計することにより、光３４の波長および入射角に応じて、光３４の反射をほぼゼロにすることができる。

図７Ｂに示す例において、電圧を印加した場合、固体電解質層３０の屈折率が変化し、ゼロ反射の条件が満たされなくなる。その結果、光３４の少なくとも一部が、破線に示すように反射される。このように、電圧の印加によって反射を生じさせることができる。

第４変形例における光変調器１４０では、電圧の印加によって固体電解質層３０の屈折率が変化し、固体電解質層３０の表面に存在する光３４が変調される。

図７Ａおよび図７Ｂに示す例では、電圧を印加しない場合に反射が生じず、電圧を印加した場合に反射が生じる。逆に、電圧を印加した場合に反射が生じず、電圧を印加しない場合に反射が生じてもよい。

さらに、図７Ａおよび図７Ｂに示す例では、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明したように、電圧を印加することにより、基板１０を通過した楕円偏光３４の偏光方向を変化させることができる。

図８Ａおよび図８Ｂは、本実施形態の第５変形例における光変調器１５０の例を模式的に示す図である。本実施形態の第５変形例における光変調器１５０は、本実施形態の第４変形例における光変調器１４０とは異なり、基板１０の代わりに、第１ミラー５０ａおよび第２ミラー５０ｂを備える。第１ミラー５０ａおよび第２ミラー５０ｂの各々は、例えば、複数の高屈折率層および複数の低屈折率層が交互に積層された誘電体多層膜から形成され得る。誘電体多層膜の反射率は、周期構造に起因するブラッグ反射により、ストップバンドと呼ばれる波長域においてほぼ１００％になる。図８Ａおよび図８Ｂに示す例において、第１ミラー５０ａ、第１電極２０ａ、固体電解質層３０、第２電極２０ｂ、および第２ミラー５０ｂが、この順に積層されている。本明細書において、第１ミラー５０ａおよび第２ミラー５０ｂを、「一対のミラー５０」とも称する。一対の電極２０および固体電解質層３０は、一対のミラー５０の間に位置する。第５変形例における光変調器１５０は、いわゆるファブリ・ペロー共振器に相当する。ファブリ・ペロー共振器の透過スペクトルは、複数のピーク波長で、それぞれ以下の複数の透過ピークを示す。各透過ピークにおいて、ピーク波長で透過率がほぼ１００％であり、当該ピーク波長から離れると、透過率が急激に減少し、ほぼ０％になる。

図８Ａに示す例において、電圧を印加しない場合、光３４の波長がファブリ・ペロー共振器のピーク波長に一致すれば、光３４は、反射されることなく、第２ミラー５０ｂ、第２電極２０ｂ、固体電解質層３０、第１電極２０ａ、および第１ミラー５０ａをこの順に通過する。

図８Ｂに示す例において、電圧を印加した場合、固体電解質層３０の屈折率が変化し、ファブリ・ペロー共振器のピーク波長が変化する。その結果、光３４の波長がファブリ・ペロー共振器のピーク波長に一致しなくなり、光３４は、ほぼすべて反射される。

第５変形例における光変調器１５０では、電圧の印加によって固体電解質層３０の屈折率が変化し、固体電解質層３０の表面に存在する光３４が変調される。

図８Ａおよび図８Ｂに示す例では、電圧を印加しない場合に光３４がほぼすべて通過し、電圧を印加した場合に光３４がほぼすべて反射される。逆に、電圧を印加した場合に光３４がほぼすべて通過し、電圧を印加しない場合に光３４がほぼすべて反射されてもよい。

以上のことから、本開示の光変調器によれば、電圧の印加によって固体電解質層の屈折率を変化させることにより、固体電解質層の内部または表面に存在する光の位相、透過、反射、および偏光方向の少なくとも１つを変調することができる。

（製造方法）
以下に、図９を参照して、光変調器１００の製造方法を説明する。図９は、光変調器１００の製造工程を示すフローチャートである。光変調器１００の製造方法は、以下のステップＳ１０１からステップＳ１０４を含む。

ステップＳ１０１において、ガラス基板が用意される。ガラス基板は、図１Ａおよび図１Ｂに示す基板１０に相当する。

ステップＳ１０２において、ガラス基板の表面上に、１０ｗｔ％ＳｎＯ_２ドープＩｎ_２Ｏ_３から形成されたＩＴＯ層が形成される。ＩＴＯ層は、図１Ａおよび図１Ｂに示す第１電極２０ａに相当する。第１電極２０ａの厚さは２００ｎｍである。

ＩＴＯ層の形成には、スパッタ法が用いられる。高周波スパッタ装置の真空チャンバ内に、ガラス基板と、ＩＴＯから形成されたターゲットが対向して配置される。対向距離は４５ｍｍである。真空チャンバ内を真空排気した後、Ａｒ／Ｏ_２（７：３）ガスを注入することにより、真空チャンバ内の圧力が１．５Ｐａになる。ＲＦパワー５０Ｗで２０分スパッタリングすることにより、ＩＴＯ層が、ガラス基板上に堆積される。ＩＴＯ層の代わりに、ＦＴＯ層またはＡＴＯ層でもよい。ＩＴＯ層、ＦＴＯ層、およびＡＴＯ層は、可視領域から赤外領域の光に対して透明である。ＩＴＯ層、ＦＴＯ層、およびＡＴＯ層の屈折率は、後述するＬＺＳＯ層およびＬｉＰＯＮ層の屈折率よりも低い。ＩＴＯ層、ＦＴＯ層、およびＡＴＯ層は電気伝導性を示す。

ステップＳ１０３において、ＩＴＯ層上に、ＬＺＳＯ層が形成される。ＬＺＳＯ層は、図１Ａおよび図１Ｂに示す固体電解質層３０に相当する。ＬＺＳＯ層の厚さは１μｍである。ＬＺＳＯ層の厚さは、空気中での波長が１５５０ｎｍであるＴＭモードの０次のモードが存在するように制御された。当該波長の光は、主に光通信に用いられる。

ＬＺＳＯ層の形成には、ＰＬＤ法が用いられる。真空チャンバ内に、ＩＴＯ層を含むガラス基板と、ＬＺＳＯから形成されたターゲットが対向して配置される。対向距離は４０ｍｍである。真空チャンバ内を真空排気した後、Ｏ_２ガスを注入することにより、真空チャンバ内の圧力が３Ｐａになる。基板温度は室温である。ＬＺＳＯから形成されたターゲットをエキシマレーザで照射することにより、室温で、ＩＴＯ層上にＬＺＳＯ層が堆積される。ＬＺＳＯ層は、アモルファス構造を有し、かつイオン伝導性を示す。ＬＺＳＯ層の代わりに、ＬｉＰＯＮ層でもよい。ＬＺＳＯ層およびＬｉＰＯＮ層の屈折率は、ガラス基板およびＩＴＯ層の屈折率よりも大きい。

ステップＳ１０４において、ＬＺＳＯ層上に、ＩＴＯ層が形成される。ＩＴＯ層は、図１Ａおよび図１Ｂに示す第２電極２０ｂに相当する。第２電極２０ｂの厚さは２００ｎｍである。ＩＴＯ層の形成には、ステップＳ１０２と同様のスパッタ法が用いられる。

ＩＴＯ層およびＬＺＳＯ層の屈折率は、それぞれ１．５および１．８程度である。したがって、一番高い屈折率のＬＺＳＯ層が、光導波層として機能する。一対の電極２０に電圧を印加することにより、ＬＺＳＯ層内の一対の電極２０付近での屈折率を、約１．６以上約１．８以下の範囲内で変化させることができる。これにより、ＬＺＳＯ層を伝搬する光３２の位相を変調することができる。

ステップＳ１０１からステップＳ１０４によって製造された積層構造は、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより、任意の形状にパターニングすることができる。上記のＬＺＳＯ層において、空気中での波長が１５５０ｎｍである０次のＴＭモードが存在するように、当該積層構造の幅は、例えば１μｍに設計される。当該積層構造は、後述するマッハ・ツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型の光スイッチングデバイス、または光フェーズドアレイにパターニングしてもよい。

（応用例）
次に、図１０から図１１Ｂを参照して、本実施形態における光変調器１００の第１応用例および第２応用例を説明する。

図１０は、本実施形態の第１応用例における光スイッチングデバイス２００の例を模式的に示す平面図である。第１応用例における光スイッチングデバイス２００は、入力導波路２００ａ、分岐された２つの光導波路２００ｂ、および出力導波路２００ｃを備える。分岐された２つの光導波路２００ｂは、入力導波路２００ａと出力導波路２００ｃとの間に位置する。図１０に示す例において、入力導波路２００ａ側の分岐点Ａ、および出力導波路２００ｃ側の分岐点Ｂでの光の反射は無視できる。分岐された２つの光導波路２００ｂのうち、一方の光導波路は、本実施形態における光変調器１００を含む。

当該一方の光導波路内を伝搬する光の位相は、他方の光導波路内を伝搬する光の位相と比較して、Δφ＝（２π／λ）ΔｎＬだけシフトする。光変調器１００における一対の電極２０に印加する直流電圧の値が０Ｖのとき、Δφ＝０である。このとき、分岐された２つの光導波路２００ｂからそれぞれ出力された光の位相は、同位相である。同位相の２つの光が出力導波路２００ｃに入力すると、当該２つの光は重なり合う。したがって、出力導波路２００ｃから出力された光の強度Ｉ_ｏｕｔは、入力導波路２００ａに入力された光の強度Ｉ_ｉｎに等しい。

一方、光変調器１００における一対の電極２０に印加する直流電圧の値を調整することにより、Δφ＝πにすることができる。このとき、分岐された２つの光導波路２００ｂからそれぞれ出力された光の位相は、逆位相になる。逆位相の２つの光が出力導波路２００ｃに入力すると、当該２つの光は打ち消しあう。したがって、出力導波路２００ｃから出力された光の強度Ｉ_ｏｕｔは０になる。

以上のように、光変調器１００における一対の電極２０に印加する直流電圧を変化させることにより、光スイッチングデバイス２００の出力導波路２００ｃから出力された光の強度Ｉ_ｏｕｔを、Ｉ_ｉｎから０まで連続的に調整することができる。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、本実施形態の第２応用例における光フェーズドアレイ３００の例を模式的に示す図である。第２応用例における光フェーズドアレイ３００は、Ｙ方向に配列された複数の光導波路３００ｗを備える。複数の光導波路３００ｗの各々は、本実施形態における光変調器１００を含む。複数の光導波路３００ｗからそれぞれ出力された複数の光は、互いに干渉する。光フェーズドアレイ３００から出力された干渉光は、特定の方向に伝搬する。図１１Ａおよび図１１Ｂに示す例において、破線は、複数の光導波路３００ｗからそれぞれ出力された複数の光の波面を表している。実線は、光フェーズドアレイ３００から出力された干渉光の波面を表している。図１１Ａおよび図１１Ｂに示す例において、複数の光導波路３００ｗは、等間隔で配列されているが、異なる間隔で配列されていてもよい。

図１１Ａに示す例において、光変調器１００における一対の電極２０に印加する直流電圧の値が０Ｖである場合、複数の光導波路３００ｗから出力される光の位相は、同位相である。したがって、光フェーズドアレイ３００から出力された干渉光は、複数の光導波路３００ｗが延びるＸ方向と同じ方向に伝搬する。

図１１Ｂに示す例において、光変調器１００における一対の電極２０に印加する直流電圧の値を調整することにより、複数の光導波路３００ｗから出力される光の位相は、Ｙ方向に沿ってΔφずつ増加する。したがって、光フェーズドアレイ３００から出力された干渉光は、複数の光導波路３００ｗが延びるＸ方向とは異なる方向に伝搬する。

以上のように、光変調器１００における一対の電極２０に印加する直流電圧を変化させることにより、光フェーズドアレイ３００から出力された干渉光の伝搬方向を調整することができる。すなわち、光ビームスキャンが可能になる。さらに、光フェーズドアレイ３００は、特定の方向から入射する光を検出することも可能である。図１１Ａおよび図１１Ｂに示す例では、光フェーズドアレイ３００は、矢印とは逆の方向から入射した光を検出することができる。

光フェーズドアレイ３００は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システムなどの光スキャンシステムおよび／または光検出システムにおけるアンテナとして用いられ得る。ＬｉＤＡＲシステムでは、ミリ波などの電波を用いたレーダシステムと比較して、可視光、赤外線、または紫外線などの短波長の電磁波が用いられる。このため、物体の距離分布を高い分解能でスキャンおよび検出することができる。そのようなＬｉＤＡＲシステムは、例えば自動車、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、いわゆるドローン）、またはＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの移動体に搭載され、衝突回避技術の１つとして使用され得る。

本開示の実施形態における光変調器は、例えば、マッハ・ツェンダー型の光スイッチングデバイス、または自動車、ＵＡＶ、もしくはＡＧＶなどの車両に搭載されるＬｉＤＡＲシステムの用途に利用できる。

１０ 基板
１０ｓ 表面
２０ 一対の電極
２０ａ 第１電極
２０ｂ 第２電極
３０ 電解質層
３２、３４ 光
４０ 制御回路
５０ 一対のミラー
５０ａ 第１ミラー
５０ｂ 第２ミラー
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ 光変調器
２００ 光スイッチングデバイス
２００ａ 入力導波路
２００ｂ 光導波路
２００ｃ 出力導波路
３００ 光フェーズドアレイ
３００ｗ 光導波路

Claims (7)

1. 電圧の印加によって屈折率が変化する固体電解質層と、
   前記固体電解質層に前記電圧を印加する一対の電極と、
   前記一対の電極に印加する前記電圧を制御して前記固体電解質層の前記屈折率を変化させることにより、前記固体電解質層の内部または表面に存在する光を変調する制御回路と、
   を備える、
   光変調器。
2. 前記固体電解質層は、可視領域から赤外領域の光に対して透明である、
   請求項１に記載の光変調器。
3. 前記固体電解質層はアモルファス構造を有し、かつ、イオン伝導性を示す、
   請求項１または２に記載の光変調器。
4. 前記固体電解質層は、Ｌｉ_ｘＺｒ_ｚＳｉ_１−ｚＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＝ｘ／２＋２、０≦ｚ≦１）またはＬｉ_３ＰＯ_４−ｙＮ_ｙによって表される物質から形成されている、
   請求項１から３のいずれかに記載の光変調器。
5. 前記制御回路は、前記光の位相、透過、反射、および偏光方向の少なくとも１つを変調する、
   請求項１から４のいずれかに記載の光変調器。
6. 前記一対の電極の少なくとも一方は、透明電極である、
   請求項１から５のいずれかに記載の光変調器。
7. 電圧の印加によって各々の屈折率が変化する、複数の固体電解質層であって、前記固体電解質層を含む複数の固体電解質層と、
   各対の電極が前記複数の固体電解質層の１つに前記電圧を印加する、複数対の電極であって、前記一対の電極を含む複数対の電極と、
   を備え、
   前記制御回路は、各対の電極に印加する前記電圧を制御して前記複数の固体電解質層の前記１つの前記屈折率を変化させることにより、前記複数の固体電解質層の前記１つの内部または表面に存在する光を変調する、
   請求項１から６のいずれかに記載の光変調器。

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