JPH0467129A - 光偏向素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光記録、光通信、光情報処理等の分野におい
て、電気光学効果を有する物質を利用して電気光学的に
光ビームを偏向させる光偏向素子に関する。

従来の技術 従来、光偏向素子としてはプリズムや、光ファイバを機
械的に駆動するものや、音響光学効果を利用したものが
あるが、これらは高速動作が期待できない。

この点、原理的に高速動作が期待できる光偏向素子とし
て、例えば特開昭６０−１９２９２６号公報等に示され
るような電気光学光偏向素子が提案されている。これは
、第６図に示すように電気光学結晶１ａ、ｌｂを互いに
光学軸（矢印で示す）を逆向きにして一体化した結晶複
合型のものである。これらの表裏両面には電極２ａ、、
２ｂが設けられ、電源３により電圧が印加される。そこ
で、電圧印加した時の屈折率変化の極性が±Δｎで示す
ように反対になることを利用し、結晶１ａ、１５間での
屈折率差による光を屈折を用いて光ビーム４の光路切換
え、即ち偏向を行うものである。

発明が解決しようとする課題 このような光偏向素子は、原理的にはプリズムによる偏
向作用を利用したものである。また、結晶１ａ、ｌｂの
光学軸を互いに逆向きになるように一体化しているため
、低電圧駆動が可能とされている。ところが、光路に対
して垂直に電界を形成する素子構造のため、光情報処理
などの光並列処理に用いようとしても、２次元アレイ状
に集積形成することが困難である。

課題を解決するための手段 電気光学効果を有する一対の結晶体を各々の結晶光学軸
の極性を互いに反転させて結晶光学軸に平行な断面で結
合させた基板を設け、前記結晶体の結合面上に光軸を有
してこの基板内部に焦点を結ぶように基板面に垂直な方
向に信号光を集光させる集光手段と、前記基板両面に形
成されて結晶体内部に電気光学効果により屈折率変化領
域を形成する電極とを設け、電極間に所定極性の電圧を
選択的に印加する電圧印加手段を設け、屈折率変化極性
が反転する結合面における全反射と屈折率変化領域での
屈折とにより、前記信号光を偏向制御するようにした。

特に、基板の屈折率をｎ、電気光学効果による基板の屈
折率変化を△ｎとしたとき、基板内部における信号光の
入射角度２θを、ＣＯ５θ＞■−（Δｎ　／　ｎ　）な
る条件を満たすように設定した。

さらには、複数対の結晶体を１次元アレイ状に配列結合
して基板を形成し、この基板両面の各結合面上に電極を
２次元アレイ状に集積形成した。

作用 電極に対して所定極性の電圧を印加して、一対の結晶体
について相対的に屈折率変化が増減する屈折率変化領域
を形成することにより、集光手段の光軸が位置する結合
面は屈折率が急峻に変化する領域となる。このような領
域に信号光が集光入射されるので、急峻に変化する結合
面を境に一方の領域では全反射され他方の領域では屈折
されて、見掛は上、光軸に対して同一方向に屈折偏向さ
れるものとなる。よって、小型で高速動作が可能な光偏
向素子となる。

特に、請求項２記載の発明の条件を満たすように入射角
を設定することにより、スネルの法則に従った全反射を
利用するものとなシバ光軸中心に分離された偏向光を得
ることができ、性能の高い光スィッチ等の光機能素子と
して活用できる。

また、基板に対する電圧印加方向が光軸方向に一致し、
かつ、電極等は通常の薄膜形成技術やフォトリソグラフ
ィ法等の微細加工技術を利用して面内−括処理できるた
め、電極を同一基板上に２次元アレイ状に形成すること
により、空間光偏向素子も容易に製作できるものとなる
。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図ないし第４図に基づいて
説明する。概略的に、本実施例の光偏向素子１１は、第
２図に示すように電気光学効果を有する矩形状の一対の
結晶体１２ａ、１２ｂを結合させて形成した基板１３の
表裏両面に電極１４゜１５を形成したものである。ここ
に、前記結晶体１２ａ、１２ｂは矢印で示す結晶光学軸
の極性を逆向きとして結晶光学軸に平行な断面を結合面
１６として結合させたものである。また、前記電極１４
．１５は一部ないしは全部が、信号光の波長に対して透
明なものであり、電源（電圧印加手段・・・第４図参照
）１７に接続され、所定極性の電圧を選択的に印加し得
るように構成されている。なお、本実施例では電極１４
．１５はＩＴＯ薄膜とされ、結晶体１２ａ、１２ｂには
厚さ方向にＺ軸を有するＬｉＮｂ０．結晶が用いられて
いる。

さらに、第１図に示すように基板１３面に垂直な方向に
光軸１８を有して信号光１９を基板１３中に集光させる
集光手段としてのレンズ２０が設けられている。ここに
、基板１３面に垂直な前記光軸１８は前記結合面１６上
に設定され、かつ、レンズ２０の焦点位置は基板１３中
心に設定されている。

このような構成において、第１図により動作原理を説明
する。今、何れの電極１４．１５にも電圧が印加されて
いない状態では、信号光１９は基板１３中をそのまま直
進し、出力光２１として出射される。一方、電源１７に
より電極１４．１５間に電圧を印加した場合、はぼ光軸
１８を境にこの電極１４．１５間の各結晶体１２ａ、１
２ｂ内部の屈折率がその電気光学効果によりΔｎだけ変
化する。このとき、光学細極性の違いに応じて、一方が
−Δｎだけ、他方が＋Δｎだけ変化する。

即ち、第１図中に斜線を施して示す結晶体１２ａは屈折
率がΔｎだけ減少した屈折率変化領域２２ａとなり、斜
線を施してない結晶体１２ｂは屈折率がΔｎだけ増加し
た屈折率変化領域２２ｂとなる。そこで、レンズ２０に
よる集光光の集光角（＝第３図に示すように基板内部に
おける入射角）を２０とし、基板１３の屈折率をｎとし
たとき、ＣＯＳθ＞■−（Δｎ　／　ｎ　）を満たすよ
うに設定した場合、スネルの法則により、光軸１８を境
にして、屈折率の高い屈折率変化領域２２ｂ（＝結晶体
１２ｂ）側の光線は全反射し、屈折率の低い屈折率変化
領域２２ａ（＝結晶体１２ａ）側の光線は屈折する。よ
って、入射した信号光１９は基板１３中で見掛は上、屈
折され出力光２１ａとして偏向出射される。逆方向に偏
向させる場合には、電極１４．１５間に印加する電圧の
極性を逆にすればよい。

つまり、電極１４．１５間に印加する電圧の極性を制御
することにより、信号光１９を偏向制御できる。

このように全反射も利用しているため、第４図に示すよ
うに電極１５において例えば結晶体１２ｂ背部に対応す
る部分を不透明にした遮光膜１５ａとして形成すること
により、光ゲート素子を構成できる。即ち、電極１４．
１５間に第４図（ａ）に示す極性で電圧を印加し屈折率
変化領域２２ｂ側を減少側とした場合には信号光１９を
偏向させ出力光２１ｂとして通過させ、同図（ｂ）に示
すように印加電圧の極性を反転させて屈折率変化領域２
２ａ側を減少側としたときには偏向された出力光２１ａ
を遮光膜１５ａによりカットするものである。

つづいて、本発明の第二の実施例を第５図により説明す
る。本実施例は、基板に対する電界形成方向が光軸方向
と一致するため、２次元アレイ化を図り、空間光偏向素
子として利用できるようにしたものである。まず、複数
対（ここでは、単純化のため２対とする）の結晶体１２
ａ、１２ｂを設け、これらを１次元アレイ状に配列結合
した基板２３を設け、この基板２３の表裏両面の各結合
面１６上に位置させて各々電極１４．１５を２次元アレ
イ状にモノリシックに集積形成したものである。これら
の電極１４．１５対への電圧印加は個別に制御される。

よって、電極１４に対応した２次元アレイ光源や、２次
元配列のレンズと組合せられて使用される。これは、電
極１４．１５等が通常のスパッタ法や蒸着法などの薄膜
形成技術及びフォトリソグラフィ法などの微細加工技術
を用いることにより、面内−括処理が可能なため、容易
に製作できる。

なお、各構成要素の材料、形状等は図示例に限らず、適
宜材料等を用い得る。

発明の効果 本発明は、上述したように構成し、電極に対して所定極
性の電圧を印加し、一対の結晶体について相対的に屈折
率変化が増減する屈折率変化領域を形成することにより
、基板内部の光軸付近に屈折率が急峻に変化する領域を
形成し、このような領域に信号光を集光入射させるよう
にしたので、急峻に変化する結合面を境に一方の領域で
は全反射させ他方の領域では屈折させて、見掛は上、光
軸に対して同一方向に屈折偏向させることができ、よっ
て、低電圧駆動にして／ＪＸ型で高速動作が可能な光偏
向素子を提供でき、特に、請求項２記載の発明の条件を
満たすように入射角を設定することにより、スネルの法
則に従って全反射を利用するものとなり、光軸中心に分
離された偏向光を得ることができ、性能の高い光スィッ
チ等の光機能素子として活用でき、さらには、基板に対
する電圧印加方向が光軸方向に一致し、かつ、電極等は
通常の薄膜形成技術やフォトリソグラフィ法等の微細加
工技術を利用して面内−括処理できるため、複数対の結
晶体を１次元アレイ状に配列結合させた同一基板両面の
結合面上に電極を２次元アレイ状に形成することにより
、空間光偏向素子も容易に製作できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の動作原理を示す平面図
、第２図は概略斜視図、第３図はその光軸付近の平面図
、第４図は光スイツチ応用例の動作を示す平面図、第５
図は本発明の第二の実施例を示す概略斜視図、第６図は
従来例を示す概略斜視図である。 １２ａ、１２ｂ−結晶体、１３．２３−一基板、１４．
１５・・電極、１６・・・結合面、１７・電圧印加手段
、１８・光軸、１９・・・信号光、２０・・・集光手段 １７１　図 旧 Ｚｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気光学効果を有する一対の結晶体を各々の結晶光
   学軸の極性を互いに反転させて結晶光学軸に平行な断面
   で結合させた基板と、前記結晶体の結合面上に光軸を有
   してこの基板内部に焦点を結ぶように基板面に垂直な方
   向に信号光を集光させる集光手段と、前記基板両面に形
   成されて結晶体内部に電気光学効果により屈折率変化領
   域を形成する電極と、電極間に所定極性の電圧を選択的
   に印加する電圧印加手段とよりなり、屈折率変化極性が
   反転する結合面における全反射と屈折率変化領域での屈
   折とにより、前記信号光を偏向制御するようにしたこと
   を特徴とする光偏向素子。 ２、基板の屈折率をｎ、電気光学効果による基板の屈折
   率変化をΔｎとしたとき、基板内部における信号光の入
   射角度２θを、 ｃｏｓθ＞１−（Δｎ／ｎ） なる条件を満たすように設定したことを特徴とする請求
   項１記載の光偏向素子。 ３、複数対の結晶体を１次元アレイ状に配列結合して基
   板を形成し、この基板両面の各結合面上に電極を２次元
   アレイ状に集積形成したことを特徴とする請求項１記載
   の光偏向素子。