JP5249007B2

JP5249007B2 - 光変調器

Info

Publication number: JP5249007B2
Application number: JP2008332119A
Authority: JP
Inventors: 雅英岡▲崎▼; 敏明栖原
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010152212A

Description

本発明は、入射する光を変調する光変調器に関する。

従来より、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）等の電界により屈折率が変化する材料を用いて光変調を行う手法が知られている。例えば、特許文献１では、厚い板状の電気光学基板の一方の主面に複数の電極要素が一の方向に配列形成された光変調器が開示されており、この光変調器では、互いに隣接する電極要素間に電圧を印加して基板の内部に電界を生じさせることにより、電気光学基板の内部を進行する光を回折させることが可能とされる。

実際には、電気光学基板の内部において、屈折率が変化する範囲（厚さ方向の範囲）は電極要素間に印加される電圧に依存する。そこで、特許文献１の光変調器では、電極要素を光の進行方向に長くするとともに、電気光学基板の一方の端面から入射して内部を進行する光が、電極要素が形成される主面に対して小さい角度にて（大きな入射角にて）入射して当該主面にて全反射するようにされ、光を回折させるのに必要な位相差を生じさせることが実現されている。このとき、電極要素間には、６０Ｖ〜１００Ｖという比較的大きな電圧を印加することが必要とされている。

非特許文献１では、偏光器において、周期分極反転構造が形成されたリチウムナイオベートの基板の上面および下面にそれぞれ一の電極を設け、上面の電極と下面の電極との間に印加する電圧を変化させることにより、基板に入射した光を０次回折光として出射したり、ブラッグ回折による（±１）次回折光として出射する技術が開示されている。
特開２０００−３１３１４１号公報 Harald Gnewuch, Christopher N. Pannell, Graeme W. Ross, Peter G. R. Smith, and Harald Geiger, "Nanosecond Response of Bragg Deflectors in Periodically Poled LiNbO３", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, DECEMBER 1998, VOL. 10, NO. 12, p. 1730-1732

ところで、光変調器において高速な変調を実現しようとすると、電極要素間に印加される電圧を低くする必要がある。また、このような光変調器が、記録材料に光を照射して記録材料上に画像を記録する画像記録装置に利用される場合、画像の高精細化に対応して電極要素間の距離を短くする必要があり、この場合も電極要素間に印加される電圧を低くする必要がある。しかしながら、特許文献１では、入射する光において回折に必要な位相差を生じさせるために電極要素間に比較的大きな電圧（例えば、１００Ｖ）を印加する必要があり、電極要素間の電圧を低減することができない。また、電極要素間の放電（リーク）の発生を防止するために、電極要素間の距離を短くすることもできない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光変調器において電極間に印加される電圧を低くするとともに、高密度にチャンネルを配置することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、光変調器であって、電界により屈折率が変化する材料にて形成される板状の部材であり、電界が付与された際に発生する分極の向きが反対である第１分極部と第２分極部とが所定の分極部配列方向に交互に配列された周期分極反転構造を有し、一の端面から内部に入射する前記分極部配列方向に伸びる線状光を前記分極部配列方向に垂直な方向である、または、前記分極部配列方向に垂直な前記方向に対して所定角度にて傾斜する方向である進行方向に沿って導き、前記周期分極反転構造を通過させて前記一の端面とは反対側の他の端面へと導くベース部と、前記周期分極反転構造を挟んで前記ベース部の一方の主面および他方の主面にそれぞれ設けられる第１電極部および第２電極部を有し、前記第１電極部と前記第２電極部との間に電圧を印加することにより、前記周期分極反転構造において前記分極部配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせて前記ベース部内に入射する光を回折させる変調部とを備え、前記周期分極反転構造において、複数の第１分極部および複数の第２分極部はそれぞれ、前記分極部配列方向に垂直な方向に伸びる帯状の部位であり、前記第１電極部が、前記分極部配列方向に平行な方向である、または、前記進行方向に垂直な方向である電極配列方向に配列される複数の第１電極を備え、前記複数の第１電極の各第１電極が、前記分極部配列方向にて隣接する前記第１分極部および前記第２分極部を一の分極対として、前記分極部配列方向において所定の分極対ピッチにて連続する３以上の所定数の分極対である分極対群上に配置され、前記ベース部内に入射する光から前記各第１電極に対応する前記分極対群により回折光を得る際に前記各第１電極に付与される電位が等しくされ、前記各第１電極に対応する分極対群に前記分極部配列方向における周期的な屈折率の変化が生じる。

本発明では、光変調器において電極間に印加される電圧を低くすることができるとともに、高密度にチャンネルを配置することができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る画像記録装置１の構成を示す図である。画像記録装置１は図１中のＹ方向（光学ヘッド２の光軸Ｊ１に平行な方向）に沿って描画用の光を出射する光学ヘッド２、画像が記録される記録材料９を外側面に保持する保持部である保持ドラム７０、並びに、画像記録装置１の全体制御を担う制御部４を備える。記録材料９には光学ヘッド２からの描画用の光が走査されつつ照射されることにより、画像が記録される（すなわち、光の照射により画像が描画される）。記録材料９としては、例えば、刷版、刷版形成用のフィルム等の感光材料が用いられる。保持ドラム７０として無版印刷用の感光ドラムが用いられてもよく、この場合、記録材料９は感光ドラムの表面に相当し、保持ドラム７０が記録材料９を一体的に保持していると捉えることができる。

保持ドラム７０は円筒面の中心軸を中心にモータ８１により回転し、これにより、光学ヘッド２が記録材料９に対して主走査方向（すなわち、保持ドラム７０の回転軸に垂直な方向）に相対的に一定の速度で移動する。また、光学ヘッド２はモータ８２およびボールねじ８３により保持ドラム７０の回転軸に平行な副走査方向（すなわち、主走査方向に垂直な図１中のＸ方向）に移動可能とされ、光学ヘッド２の位置はエンコーダ８４により検出される。このように、モータ８１，８２、ボールねじ８３を含む走査機構により、光学ヘッド２からの光の記録材料９上における照射位置が、記録材料９に対して一定の速度で主走査方向に相対的に移動するとともに主走査方向に交差する副走査方向にも相対的に移動する。

図２および図３は光学ヘッド２の内部構成を簡略化して示す図である。図２は、図１中の光学ヘッド２の光軸Ｊ１および副走査方向に垂直な方向（図１中のＸ方向およびＹ方向に垂直なＺ方向）に沿って光学ヘッド２を上方（すなわち、図１中の（＋Ｚ）側）から見た場合の光学ヘッド２の内部構成を示し、図３は副走査方向に沿って図１のモータ８２とは反対側から光学ヘッド２側を見た場合（すなわち、光学ヘッド２の（−Ｘ）側から（＋Ｘ）方向を向いて見た場合）の光学ヘッド２の内部構成を示している。

図２および図３に示す光学ヘッド２は、所定の波長（例えば、８３０、６３５、４０５、あるいは、３５５ナノメートル（ｎｍ））の光ビームを出射するレーザ（複数の半導体レーザが配列された半導体レーザアレイ、あるいは、ランプ等の他の種類の発光素子であってもよい。）を有する光源部２１、および、光源部２１からの光ビームが入射する光変調器３を備える。光変調器３は、電界により屈折率が変化する材料である電気光学結晶にて形成された薄板状の（スラブ状の）部材であるベース部３１、および、ベース部３１内に入射する光を回折させる変調部３２を備える。

本実施の形態では、ベース部３１はリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）（すなわち、ニオブ酸リチウムであり、ＬＮと略称される。）の単結晶にて形成される。なお、ベース部３１はリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）（すなわち、タンタル酸リチウムであり、ＬＴと略称される。）の単結晶等、電界により結晶内に分極が発生して屈折率が変化する他の材料にて形成されてもよい。

変調部３２は、図２および図３に示すように、ベース部３１の（＋Ｚ）側の主面３１１（以下、「上面３１１」という。）上に設けられる第１電極部３３を備え、図３に示すように、ベース部３１の（−Ｚ）側の主面３１２（以下、「下面３１２」という。）上に設けられる第２電極部３４を備える。図２に示すように、第１電極部３３は、所定の電極配列方向（すなわち、図２および図３中のＸ方向）に配列されるとともにそれぞれが光軸Ｊ１方向（すなわち、光の進行方向）であるＹ方向に伸びる帯状の複数の第１電極３３１を備え、複数の第１電極３３１は制御部４の電位付与部４１にそれぞれ個別に接続される。本実施の形態では、第１電極部３３が５つの第１電極３３１を備えるものとして説明するが、実際には、より多数の第１電極３３１がベース部３１の上面３１１上に設けられる。図３に示す第２電極部３４は、第１電極部３３の複数の第１電極３３１とベース部３１を挟んで対向する単一の第２電極３４１（すなわち、共通電極）を備え、接地電位を付与する接地部５に接続される。

図４は、図２中のＡ−Ａの位置における光変調器３の断面図であり、図４では、ベース部３１の断面の平行斜線の図示を省略している。図４に示すように、ベース部３１は、複数の第１分極部３１１１と複数の第２分極部３１１２とが所定の分極部配列方向（すなわち、図４中のＸ方向であり、上述の電極配列方向に平行な方向）に交互に配列された周期分極反転構造３１０を有する。複数の第１分極部３１１１および複数の第２分極部３１１２は、分極部配列方向に垂直なＹ方向に伸びる帯状の部位であり、第１分極部３１１１と第２分極部３１１２とでは、結晶軸の向きが反対であるため、周期分極反転構造３１０にＺ方向の電界が付与された際に発生する分極の向きが反対となる。なお、ベース部３１の周期分極反転構造３１０の周囲の部位における結晶軸の向きは第２分極部３１１２と同様である。ベース部３１の周期分極反転構造３１０は、周期分極反転構造３１０が形成される前のベース部３１の第１分極部３１１１となる予定の部位に、非常に高いＺ方向の電圧を印加して第１分極部３１１１となる予定の部位の分極の向きを反転させることにより形成される。

本実施の形態では、周期分極反転構造３１０における各第１分極部３１１１および各第２分極部３１１２の分極部配列方向（Ｘ方向）の幅がそれぞれ１．２５μｍ〜５μｍ（本実施の形態では、第１分極部３１１１および第２分極部３１１２共に５μｍとされる。）とされ、複数の第１分極部３１１１の分極部配列方向におけるピッチ、および、複数の第２分極部３１１２の分極部配列方向におけるピッチがそれぞれ２．５μｍ〜１０μｍとされる。以下の説明では、分極部配列方向にて隣接する一の第１分極部３１１１および一の第２分極部３１１２をまとめて一の分極対３１１０と呼び、複数の分極対３１１０の分極部配列方向におけるピッチ（本実施の形態では、１０μｍとされる。）を分極対ピッチという。

第１電極部３３および第２電極部３４は、ベース部３１の周期分極反転構造３１０を挟んで配置され、第１電極部３３の各第１電極３３１は、分極部配列方向にて連続する３つの分極対３１１０である分極対群上に配置される。

光変調器３では、電位付与部４１から第１電極部３３の第１電極３３１にプラス（＋）の電位（例えば、２Ｖ〜２５Ｖ）が付与される（すなわち、第１電極部３３と第２電極部３４との間にＺ方向の電圧が印加される）ことにより、第１電極３３１に対応する分極対群において３つの第１分極部３１１１の分極の向きが（−Ｚ）方向となり、３つの第２分極部３１１２の分極の向きが（＋Ｚ）方向となる。図４では、各分極部の分極の向きを矢印にて示す。

内部に電界が生じていない状態におけるベース部３１の屈折率をｎとすると、上述のように、第１電極３３１に電位が付与されることにより、第１電極３３１と第２電極３４１との間においてベース部３１の内部に電界が生じ、第１分極部３１１１の分極の向きが（−Ｚ）方向となることにより、第１分極部３１１１の屈折率がΔｎだけ減少してｎ−Δｎとなる。また、第２分極部３１１２の分極の向きが（＋Ｚ）方向となることにより、第２分極部３１１２の屈折率がΔｎだけ増加してｎ＋Δｎとなる。これにより、第１電極３３１と第２電極３４１との間において、図５に示すように、分極部配列方向における周期的な屈折率の変化が生じる。図５では、横軸がＸ方向の位置を示し、縦軸が屈折率を示す。また、上部に横軸のＸ方向の位置に配置される第１分極部３１１１および第２分極部３１１２を示す。光変調器３では、第１電極部３３の複数の第１電極３３１に電位が付与されることにより、周期分極反転構造３１０において分極部配列方向における周期的な屈折率の変化が生じる。

図２および図３に示す光源部２１はコリメータレンズ（図示省略）を有しており、レーザから出射される光ビームはコリメータレンズを介して平行光とされてシリンドリカルレンズ２２１に入射する。シリンドリカルレンズ２２１を通過した光は光軸Ｊ１に垂直な光束断面が円形から次第にＸ方向に長い楕円形へと変化する。すなわち、シリンドリカルレンズ２２１はＸ方向にのみ負のパワーを有し、光軸Ｊ１およびＸ方向に垂直なＺ方向に関して、シリンドリカルレンズ２２１を通過した光の光束断面の幅は（ほぼ）一定とされる。

シリンドリカルレンズ２２１からの光はＸ方向にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ２２２へと入射し、シリンドリカルレンズ２２２を通過した光は光束断面がＸ方向に長い一定の大きさの楕円形とされてシリンドリカルレンズ２２３へと入射する。シリンドリカルレンズ２２３は、Ｚ方向にのみ正のパワーを有し、Ｚ方向のみに着目した場合には、図３に示すシリンドリカルレンズ２２３を通過した光は集光しつつ光変調器３のベース部３１の（−Ｙ）側の端面（以下、「入射面」という。）３１３へと入射する。また、Ｘ方向に関しては、図２に示すシリンドリカルレンズ２２３からの光は平行光として光変調器３に入射する。このように、光学ヘッド２では、シリンドリカルレンズ２２１〜２２３により照明光学系２２が構築され、照明光学系２２により、光源部２１からの光がＸ方向（すなわち、分極部配列方向）に伸びる線状光とされた上で、光変調器３のベース部３１の入射面３１３からベース部３１の内部へと入射する。

ベース部３１の内部へと入射した線状光は、ベース部３１の互いに平行な上面３１１および下面３１２（すなわち、法線がＺ方向に平行な主面３１１，３１２）にて多重反射しつつ光軸Ｊ１に沿って進行し（すなわち、分極部配列方向に垂直な方向である進行方向に沿って導かれ）、周期分極反転構造３１０を通過する。このとき、第１電極部３３の一の第１電極３３１に注目すると、当該第１電極３３１に電位付与部４１からの電位が付与されていない状態（すなわち、第１電極３３１の電位が接地電位とされる状態）では、Ｘ方向に平行な上記線状光のうち第１電極３３１と第２電極３４１との間（すなわち、第１電極３３１に対応する３つの分極対３１１０である分極対群）を通過する光は、Ｘ方向に関して平行な状態のままでベース部３１の内部を進行し、ベース部３１の（＋Ｙ）側の端面（すなわち、入射面３１３とは反対側の他の端面であり、以下、「出射面」という。）３１４へと導かれて出射面３１４から０次回折光として出射される。

また、第１電極３３１に電位付与部４１からの電位が付与されている状態では、第１電極３３１と第２電極３４１との間において電気光学効果により分極部配列方向に周期的な屈折率の変化が生じており、Ｘ方向に平行な上記線状光のうち第１電極３３１に対応する分極対群を通過する光に周期的な位相差が生じて回折が生じる。すなわち、周期分極反転構造３１０の第１電極３３１と第２電極３４１との間の部位が、位相回折格子として機能する。これにより、Ｘ方向に平行な上記線状光のうち第１電極３３１と第２電極３４１との間を通過する光が、光軸Ｊ１に沿って（＋Ｙ）方向に進むに従ってＸ方向に関して光軸Ｊ１から離れる（±１）次回折光（もちろん、高次の回折光も出射される。）として出射面３１４から出射される。本実施の形態では、周期分極反転構造３１０はラマンナス回折を生じさせる回折格子として機能する。

このように、光変調器３では、上記線状光のうち第１電極３３１と第２電極３４１との間を通過して出射面３１４から出射される光が、０次回折光と（±１）次回折光との間で遷移可能とされる。また、光学ヘッド２では、制御部４により電位付与部４１が制御されることにより、第１電極部３３の複数の第１電極３３１に対して個別に電位が付与される。これにより、複数の第１電極３３１にそれぞれ対応する複数の分極対群を通過する光が個別に制御され、０次回折光または（±１）次回折光とされる。このように、本実施の形態に係る光変調器３は、マルチチャンネルの光変調器となっている。

光変調器３からの０次回折光は、図３中にて細い実線にて外形を示すように、Ｙ方向にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ２３１にてＹ方向に関してほぼ平行な光とされ、正のパワーを有するレンズ２３２に入射する。ここで、レンズ２３２の前側焦点は第１電極３３１の（＋Ｙ）側の端部近傍におけるベース部３１内の位置とされ、レンズ２３２の後側焦点にはアパーチャ板２３３の開口が配置される。したがって、ベース部３１の出射面３１４から出射された０次回折光は、図３中に細い実線にて外形を示すように、レンズ２３２を介してアパーチャ板２３３に集光され、アパーチャ板２３３の開口を介してレンズ２３４に入射する。

レンズ２３４は、前側焦点がアパーチャ板２３３の近傍に位置し、後側焦点が保持ドラム７０（図１参照）の記録材料９上となるように配置されており、０次回折光はレンズ２３４を介して光軸Ｊ１と露光面である記録材料９とが交差する位置にＺ方向に関して集光しつつ、記録材料９上に照射される。

また、５つの第１電極３３１に対応する５つの分極対群を通過した０次回折光は、図２に示すように、シリンドリカルレンズ２３１、レンズ２３２およびアパーチャ板２３３の開口を介してレンズ２３４に入射し、レンズ２３４を介して光軸Ｊ１に平行に記録材料９上に照射される。図２では、ベース部３１よりも（−Ｙ）側においては光源部２１からの光の外形を描き、ベース部３１よりも（＋Ｙ）側においては、各第１電極３３１に対応する分極対群を通過した０次回折光の光束断面の中心線Ｊ２を描いている。

一方、各第１電極３３１に対応する分極対群を通過した（±１）次回折光は、ベース部３１から離れるに従って各中心線Ｊ２から離れるように広がり、アパーチャ板２３３にて遮られるため、記録材料９には照射されない。光学ヘッド２では、シリンドリカルレンズ２３１、アパーチャ板２３３、並びに、レンズ２３２，２３４により投影光学系２３（両側テレセントリックとなるシュリーレン光学系と捉えることもできる。）が構築される。

画像記録装置１では、例えば、第１電極部３３の５つの第１電極３３１のうち、（＋Ｘ）側から１番目、３番目および５番目の第１電極３３１に電位が付与されず、（＋Ｘ）側から２番目および４番目の第１電極３３１に所定の電位が付与される場合、記録材料９上には、図６に示すように、（＋Ｘ）側から１番目、３番目および５番目の第１電極３３１に対応する分極対群を通過した光に対応する３つの照射領域９１が形成される。光変調器３では、各第１電極３３１に対応する分極対群により０次回折光を得る際に、各第１電極３３１に付与される電位が等しくされる（本実施の形態では、０Ｖとされる。）。また、（±１）次回折光を得る際に各第１電極３３１に付与される電位も等しくされる。

図７は画像記録装置１が記録材料９上に画像を記録する動作の流れを示す図である。画像記録の際には、まず、光源部２１からの光の出射が開始され（ステップＳ１１）、続いて、保持ドラム７０が回転することにより光学ヘッド２が主走査方向に一定の速度で記録材料９に対して相対的に移動し、さらに、保持ドラム７０の回転に同期して光学ヘッド２が副走査方向に移動する（ステップＳ１２）。制御部４では、記録材料９上の光の照射位置（すなわち、光変調器３からの光が常に記録材料９へと導かれると仮定した場合の照射位置）の記録材料９に対する相対移動に同期して、光変調器３のベース部３１からの光（すなわち、０次回折光）が記録材料９に導かれるＯＮ状態と、光が導かれないＯＦＦ状態とを、第１電極部３３の５つの第１電極３３１のそれぞれについて切り替えるＯＮ／ＯＦＦ制御が行われ（ステップＳ１３）、記録材料９上に画像が記録される。このようにして、光学ヘッド２からの光の照射位置をラスター走査しつつ記録材料９全体に画像が記録されると、保持ドラム７０の回転、光学ヘッド２の副走査方向への移動、および、光源部２１からの光の出射が停止され（ステップＳ１４，Ｓ１５）、画像記録装置１において画像を記録する動作が終了する。

以上に説明したように、光変調器３では、周期分極反転構造３１０が設けられたベース部３１の上面３１１に第１電極部３３を設けるとともに下面３１２に第２電極部３４を設け、第１電極部３３と第２電極部３４との間に電圧を印加することにより、周期分極反転構造３１０において分極部配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせてベース部３１に入射する光を回折させる。このようにベース部３１を挟んで設けられた第１電極部３３および第２電極部３４の間に電圧が印加されることにより、特許文献１のように、ベース部の上面上の複数の電極において隣接する電極間に電圧を印加することによりベース部内に周期的な屈折率の変化を生じさせる構造と異なり、第１電極部３３と第２電極部３４との間に印加される電圧を低減しつつ周期分極反転構造３１０の内部にＺ方向の所望の電界を形成することができる。そして、第１電極部３３と第２電極部３４との間に印加される電圧を低減することにより、光変調器３による光の変調速度を向上することができる。光変調器３では、周期分極反転構造３１０の内部に所望の電界を形成するためには、ベース部３１の厚さは５０μｍ以下（より好ましくは、３０μｍ以下）とされることが好ましい。

光変調器３では、また、第１電極部３３の各第１電極３３１に対応する周期分極反転構造３１０の分極対群（すなわち、連続する３つの分極対３１１０）に印加される電圧を個別に制御することにより、線状光である入射光から複数の出射光を取り出し、各出射光のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することができる。

画像記録装置１では、複数の第１電極３３１に対応する複数の分極対群からの出射光の記録材料９上におけるピッチ（すなわち、複数の出射光の光束断面の記録材料９上における中心軸間距離であり、以下、「記録光ピッチ」という。）は、周期分極反転構造３１０の分極対ピッチに基づいて決定される。したがって、記録光ピッチを小さくするためには分極対ピッチを小さくする必要があり、これに伴い、複数の第１電極３３１のピッチも小さくなる。

ここで、特許文献１のような、ベース部の上面上の複数の電極において隣接する電極間に電圧を印加することによりベース部内に電界を生じさせる構造を想定すると、このような構造では、電極のピッチを小さくすると隣接する電極間において放電が生じてしまい、ベース部内に所望の電界を形成することが困難である。

これに対し、本実施の形態に係る光変調器３では、ベース部３１の上面３１１に複数の第１電極３３１を設け、ベース部３１の下面３１２に第２電極３４１を設け、複数の第１電極３３１と第２電極３４１との間に印加される電圧を個別に制御するとともに、ベース部３１内に入射する光から各第１電極３３１に対応する分極対群により０次回折光、または、（±１）次回折光を得る際に第１電極３３１に付与される電位が等しくされる。これにより、隣接する第１電極３３１間における放電を防止しつつ第１電極３３１のピッチを小さくすることができるため、高密度にチャンネルを配置することができる。その結果、記録光ピッチの縮小（すなわち、画像の高精細化）を実現することができる。

このように、光変調器３では、第１電極部３３の複数の第１電極３３１のピッチを小さくすることができるため、光変調器３の構造は、高精細化が求められる画像記録装置１において光源からの光を変調する光変調器に特に適している。また、画像記録装置１の高精細化という観点からは、分極対ピッチが１０μｍ以下とされることが好ましい。

光変調器３では、ベース部３１において入射面３１３から内部に入射する光が、上面３１１および下面３１２にて繰り返し全反射しつつ上面３１１および下面３１２に平行な進行方向へと導かれる。これにより、入射面３１３からベース部３１に入射した光のエネルギー損失を抑制しつつ出射面３１４へと導くことができる。

図８は、光変調器の他の例を示す側面図である。図８に示す光変調器３ａでは、ベース部３１ａの厚さが図３に示すベース部３１よりも薄くされ（例えば、５μｍとされ）、入射面３１３からベース部３１ａの内部に入射する光はシングルモードにて図８中のＹ方向へと導かれる。そして、上述の光変調器３と同様に、上面３１１上の第１電極３３１に電位が付与されると、当該第１電極３３１に対応する分極対群から（±１）次回折光が出射され、第１電極３３１に電位が付与されない場合は、０次回折光が出射される。光変調器３ａでは、ベース部３１ａにおいて光をシングルモードにて導くことにより、出射面３１４から出射される光の主光線に垂直な方向の強度分布を安定して好ましい状態（ガウス分布）とすることが可能となる。

また、光変調器３ａでは、第１電極部３３と第２電極部３４とのＺ方向の距離が、図３に示す光変調器３に比べてより小さくされるため、第１電極部３３と第２電極部３４でとの間に形成される電界の強度を維持しつつ、第１電極部３３に付与される電位（すなわち、第１電極部３３と第２電極部３４との間に印加される電圧）をより低減することができる。一方、図３に示す光変調器３では、ベース部３１において光がマルチモードにて導かれることにより、多くの光エネルギーを伝播させることができる。

図９および図１０はそれぞれ、光変調器のさらに他の例を示す側面図である。図９に示す光変調器３ｂでは、ベース部３１ｂの上面３１１近傍にアニールプロトン法によりスラブ導波路３１５が形成されている。光変調器３ｂでは、入射面３１３からベース部３１ｂの内部に入射した光が、ベース部３１ｂよりも厚さ（すなわち、Ｚ方向の大きさ）が小さいスラブ導波路３１５のみを通過して出射面３１４から出射されるため、図３に示すベース部３１に比べて、ベース部３１ｂを通過する際の光のエネルギー損失をより抑制することができる。

図１０に示す光変調器３ｃでは、ベース部３１ｃのＺ方向（厚さ方向）の中央近傍にスラブ導波路３１５ａが形成される。スラブ導波路３１５ａを有するベース部３１ｃは、ベース部３１ｃの半分の厚さの電気光学結晶の一方の主面近傍にアニールプロトン法によりスラブ導波路を形成し、当該電気光学結晶および同様の構造のもう１つの電気光学結晶を、スラブ導波路が形成された主面を当接させるように重ね合わせることにより形成される。光変調器３ｃでは、図９に示す光変調器３ｂと同様に、ベース部３１ｃの内部に入射した光がスラブ導波路３１５ａのみを通過して出射面３１４から出射されるため、ベース部３１ｃを通過する際の光のエネルギー損失をより抑制することができる。また、スラブ導波路３１５ａがベース部３１ｃのＺ方向の中央近傍に設けられることにより、図９に示す光変調器３ｂに比べて、スラブ導波路３１５ａを伝播する光の波形がＺ方向において対称（スラブ導波路３１５ａの中心線に対して上下対称）となるため、ベース部３１ｃを通過する際の光のエネルギー損失をさらに抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、図３に示す光変調器３において、第１電極部３３の一の第１電極３３１に対応する分極対群は、分極部配列方向に連続する４または５以上の所定数の分極対３１１０であってよい。また、第２電極部３４では、共通電極である第２電極３４１に代えて、複数の第１電極３３１にベース部３１を挟んでそれぞれ対向する複数の第２電極が設けられ、互いに対向する複数組の第１電極３３１と第２電極３４１との間に個別に電圧が印加されてもよい。

上述の光変調器３，３ａ〜３ｃでは、ベース部の厚さは適宜変更されてよい。ただし、ベース部を通過する際の光のエネルギー損失を抑制するという観点では、ベース部の厚さは３μｍ以上とされることが好ましい。また、光変調器３ｂ，３ｃのスラブ導波路３１５，３１５ａは、アニールプロトン法以外の手法により形成されてもよい。

光変調器３，３ａ〜３ｃでは、ベース部の周期分極反転構造に電圧が印加されることにより、周期分極反転構造がブラッグ回折を生じさせる回折格子として機能してもよい。この場合、周期分極反転構造３１０に入射する光の進行方向が、分極部配列方向に垂直な方向に対してブラッグ条件を満たす所定角度にて傾斜する方向とされる。複数の第１電極３３１が配列される電極配列方向は、分極部配列方向に平行とされてもよく、あるいは、上記光の進行方向に垂直な方向とされてもよい。

光変調器３，３ａ〜３ｃでは、記録材料９上の光の照射位置に対する光の照射のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われるが、光変調器３，３ａ〜３ｃでは、第１電極部３３と第２電極部３４との間に付与する電圧を調整することにより、多階調の光の照射制御が行われてもよい。

画像記録装置１では、投影光学系２３により光変調器３，３ａ〜３ｃからの０次回折光のみが記録材料９上へと導かれるが、画像記録装置の設計によっては、光変調器３，３ａ〜３ｃからの０次回折光が遮蔽され、（±１）次回折光が記録材料上へと導かれてもよい。すなわち、光源部２１からの光が入射する光変調器３，３ａ〜３ｃからの０次回折光および（±１）次回折光の一方が投影光学系２３により記録材料９上へと導かれることにより、画像記録装置において光変調器３，３ａ〜３ｃの変調制御による画像の記録が可能となる。

光変調器３，３ａ〜３ｃが設けられる画像記録装置は、ステージ上に載置された板状の記録材料に対して光学ヘッドを記録材料に沿って相対的に移動する走査機構により、記録材料上における光変調器３，３ａ〜３ｃからの光の照射位置を記録材料に対して相対的に移動しつつ光変調器３，３ａ〜３ｃを制御して画像を記録するものであってもよい。また、図１の画像記録装置１において、光学ヘッドにポリゴンミラーが設けられることにより、記録材料９上における光の照射位置がＸ方向に移動してもよい。

画像の情報を保持する記録材料は、プリント配線基板や半導体基板等の感光性材料が塗布された、あるいは、感光性を有する他の材料であってもよく、光の照射による熱に反応する材料であってもよい。また、光変調器３，３ａ〜３ｃは画像記録以外の用途に用いられてもよく、この場合、光の照射の対象物も記録材料以外であってもよい。

画像記録装置の構成を示す図である。光学ヘッドの内部構成を示す図である。光学ヘッドの内部構成を示す図である。光変調器の断面図である。屈折率の分布を示す図である。記録材料上の光照射領域を示す図である。記録材料上に画像を記録する動作の流れを示す図である。光変調器の他の例を示す図である。光変調器の他の例を示す図である。光変調器の他の例を示す図である。

符号の説明

３，３ａ〜３ｃ光変調器
３１，３１ａ〜３１ｃベース部
３２変調部
３３第１電極部
３４第２電極部
３１０周期分極反転構造
３１１上面
３１２下面
３１３入射面
３１４出射面
３１５，３１５ａスラブ導波路
３３１第１電極
３４１第２電極
３１１０分極対
３１１１第１分極部
３１１２第２分極部
Ｊ１光軸

Claims

光変調器であって、
電界により屈折率が変化する材料にて形成される板状の部材であり、電界が付与された際に発生する分極の向きが反対である第１分極部と第２分極部とが所定の分極部配列方向に交互に配列された周期分極反転構造を有し、一の端面から内部に入射する前記分極部配列方向に伸びる線状光を前記分極部配列方向に垂直な方向である、または、前記分極部配列方向に垂直な前記方向に対して所定角度にて傾斜する方向である進行方向に沿って導き、前記周期分極反転構造を通過させて前記一の端面とは反対側の他の端面へと導くベース部と、
前記周期分極反転構造を挟んで前記ベース部の一方の主面および他方の主面にそれぞれ設けられる第１電極部および第２電極部を有し、前記第１電極部と前記第２電極部との間に電圧を印加することにより、前記周期分極反転構造において前記分極部配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせて前記ベース部内に入射する光を回折させる変調部と、
を備え、
前記周期分極反転構造において、複数の第１分極部および複数の第２分極部はそれぞれ、前記分極部配列方向に垂直な方向に伸びる帯状の部位であり、
前記第１電極部が、前記分極部配列方向に平行な方向である、または、前記進行方向に垂直な方向である電極配列方向に配列される複数の第１電極を備え、
前記複数の第１電極の各第１電極が、前記分極部配列方向にて隣接する前記第１分極部および前記第２分極部を一の分極対として、前記分極部配列方向において所定の分極対ピッチにて連続する３以上の所定数の分極対である分極対群上に配置され、
前記ベース部内に入射する光から前記各第１電極に対応する前記分極対群により回折光を得る際に前記各第１電極に付与される電位が等しくされ、前記各第１電極に対応する分極対群に前記分極部配列方向における周期的な屈折率の変化が生じることを特徴とする光変調器。