JPH09501245A

JPH09501245A - 電気光学式プレーナ光偏向器及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09501245A
Application number: JP7506146A
Authority: JP
Inventors: フラディミルヒンコフ
Original assignee: フラウンホッファー−ゲゼルシャフトツァフェルダールングデァアンゲヴァンテンフォアシュンクエー．ファオ．
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1997-02-04
Also published as: US5920662A; DE4326196A1; DE59405857D1; EP0712505B1; DE4326196C2; ATE165673T1; ES2117284T3; WO1995004951A1; EP0712505A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、１列に並置されたプリズム偏向器を有し、これらのプリズム偏向器が電圧を負荷可能な電極を有する電気光学式プレーナ光偏向器に関するものである。光線がＺカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶に、好ましくはその表面に沿って延設される単一モード薄膜導波路に通され、プリズム偏向器がそれぞれ２つの三角形範囲又は角柱状範囲からなり、これらの範囲内に、逆向きの自発分極方向を有する分域内で電界ベクトルによって決まる分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されており、相隣接する三角形範囲が逆の分極方向を有し、三角形範囲を橋絡する矩形電極が結晶の上面に被着され、またこの結晶の下面に対向電極が被着されていることが本発明にとって本質的である。本発明措置によって達成される点として、電極と対向電極との間に電圧が印加されると相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲内に前置符号の異なる屈折率変化が誘起され、屈折率分布はほぼ理想的な鋸歯状となる。本発明は更にかかる光偏向器を製造する方法に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称電気光学式プレーナ光偏向器及びその製造方法技術分野本発明は、１列に並置されたプリズム偏向器を有し、これらのプリズム偏向器が電圧を負荷可能な電極を有する電気光学式プレーナ光偏向器に関するものである。本発明は更に、かかる光偏向器を製造する方法に関するものである。従来の技術電子制御式光偏向器、いわゆるデフレクタは、例えば光メモリ又はTV用レーザーディスプレイ等において利用される。かかるデフレクタの重要な特性は、解像可能点の、即ち角度間隔を置いて生成することのできる個々の光線位置の、達成可能な数である。屈折率を電気光学式に変更可能なプリズムによってデフレクタを実現することは公知である。しかしかかる単一のプリズムで生成することのできる解像可能点は約10〜20にすぎない。これは大抵の用途にとって充分ではない。例えばTV用レーザーディスプレイで使用するには約1000の解像可能点が必要となる。解像可能点の数を増やすために複数のプリズムを前後に配置する可能性には、同時に、このように組立てられたデフレクタが比較的大きな構造長さとなる欠点が伴う。１列に並置されたプリズムを有する光偏向器はこのような欠点を有していない。各プリズムは光線の一部を偏向し、それもしかも、デフレクタ後に光線全体が希望する方向に走るように偏向する。部分偏向された部分光線の弱め合う干渉をファーフィールド内で防止するために、各部分光線の位相を電気光学式に制御することも公知である。これに役立つのが１組の制御電極であり、これらの制御電極はそれぞれ、くさび状に配置されて角柱状偏向範囲を形成するプリズム電極の前に位置決めされている（ドイツ公開特許公報第30 25 096号）。相並べて、即ちプリズムアレイの形に配置された偏向プリズムを有する電気光学式光偏向器は、いわゆる体積プリズム（ニノミヤ・ユーイチ、ウルトラハイ・リゾルビング・エレクトロオプティック・プリズム・アレイ・ライト・デフレクターズ、IEEE・ジャーナル・オブ・クブァントゥム・エレクトロニクス、QE-9巻、８号、1973年８月、791〜795頁）を使ってもまた集積光導波路プリズム（ドイツ公開特許公報第3025 096号）を使っても実現されている。プリズムアレイ・デフレクタにおける主な問題は、プリズムのかどを丸くすることなく、またプリズム間でひずみを生じることなく、屈折率変化の理想的鋸歯状分布を生成することである。というのも、理想的分布からのあらゆる偏差は側波帯を強め、SN比を劣化させるからである。理想的鋸歯状分布を達成することは、体積プリズムでは事実上不可能である。個々の結晶板でかかるデフレクタを組立てて、少なくとも幾つかのプリズム間に明確な境界を達成することが技術的にきわめて支出を要する点を別としても、光線を通す板の厚さは技術的に制約されて比較的厚く、少なくとも200 μm である。その結果、かかる板中の電界分布はきわめて不均一となる。その帰結として屈折率分布は希望する理想的分布から大きな偏差を有する。板の中心でこれらの偏差が最大となる一方、電極の近傍では小さな偏差が予想される。板厚に起因する別の欠点は、妥当な数の解像可能点を達成すべき場合に利用しなければならない約１KV付近の高い制御電圧である。導波路プリズムを使った解決策が体積プリズムを使った解決策に比べて有する利点として、光が薄膜に通され、これにより、電極に印加される制御電圧の値を低減することができる。しかし電極幾何学が不都合なために制御電圧はいまなお 400〜500Vである。この解決策も、屈折率変化の理想的鋸歯状分布を達成する可能性を提供しない。その原因は導波路の表面に被着される電極の間の電界分布がきわめて不均一であることにあり、これらの電極がやはり偏向光線中にひずみを生じる。不都合な電極形状はプリズム寸法をも制限する。制御電圧を過度に大きく選定しなくてもよいように、プリズムは僅か約50μm の幅で設計される。約10 00の解像可能点を達成するには１cmの開口が不可欠であり、即ち約200 のプリズムと同数の制御電圧とが必要であり、これは不利なことにこのために必要な比較的複雑な制御電子素子を伴う。発明の説明本発明の課題は従って、前記欠点が取り除かれ、特に屈折率分布がほぼ理想的な鋸歯状分布を有する冒頭に指摘した種類の電気光学式プレーナ光偏向器を提供することである。本発明の課題は更に、できるだけ僅かな支出でかかる光偏向器を製造する方法を示すことである。前記課題は、本発明によれば、光線が板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶に通され、プリズム偏向器がそれぞれ２つの三角形範囲又は角柱状範囲からなり、これらの範囲内に、逆向きの自発分極方向を有する分域内で電界ベクトルによって決まる分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されており、相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲が逆の分極方向を有し、結晶のこれらの三角形範囲又は角柱状範囲に、矩形に構成される電極が被着されており、この結晶が下面に少なくとも１つの対向電極を備えていることによって解決される。本発明による電気光学式プレーナ光偏向器の有利な諸展開は従属請求の範囲第２項〜第１２項の対象である。本発明の別の課題は、本発明によれば請求の範囲第１３項に明示された方法で解決される。この方法は、本発明によれば、少なくとも表面（上面）の近傍で三角形範囲又は角柱状範囲の内部に、逆向きの自発分極方向を有する分域内で分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されて、相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲が逆の分極方向を有することによって、まず板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶中に三角形構造又は角柱構造が生成され、次に結晶のこれらの並置された三角形範囲又は角柱状範囲に矩形電極が被着され、この結晶の下面に少なくとも１つの対向電極が備えられることを特徴としている。本発明による方法の好ましい実施態様は従属請求の範囲第１４項〜第２１項に明示されている。本発明が利用するのは、少なくとも結晶表面の近傍で、しかし結晶板の厚さ全体を通しても、幾つかの結晶範囲内に、逆向きの自発分極方向を有する分域内でとによってほぼ一様な分極方向を生成することが可能となる事実である。これは例えば+Zカット・ニオブ酸リチウム結晶にチタン膜を被着し、引き続き1000℃以上に加熱することによって達成される（しかし反転は-Zカット・ニオブ酸リチウム結晶でも可能である）。ほぼ一様な分極方向を生成すべき範囲はホトリソグラフィできわめて正確に、鋭い稜及びかどを有する三角形又は角柱として構成することができる。相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲が逆の分極方向を有するようになっている場合、これらの範囲に付属して設けられる共通の矩形電極に電圧を印加することによって、相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲内に、前置符号（ｎ＋Δn 又はｎ−Δn ）の異なる屈折率変化を誘起することができる。この場合屈折率分布はほぼ理想的鋸歯状である。図面の簡単な説明以下、実施例及び付属の図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は屈折率を電気光学式にｎからｎ＋Δnへと変更可能な単一のプリズムを通過する光線の通路を示す図である。図２は多数の並置されたプリズム偏向器を通過する光線の通路を示す図である。図３は多数の並置されたプリズム偏向器を通過する光線の通路を示す図であり、部分光線の位相を制御する制御電極がそれぞれプリズム偏向器に付属して設けられている。図４は個々の結晶板から組立てられる公知の電気光学式光偏向器を示す。図５は光が薄膜導波路に通される公知の電気光学式光偏向器を示す。図６ａ〜図６ｄは本発明による光偏向器を製造する個々の工程を示す。図７ａ〜図７ｅは本発明による光偏向器を製造する別の可能性を示す。図８ａは図６ｄに示す光偏向器の横断面図である。図８ｂは図７ｅに示す光偏向器の横断面図である。図９は基板としてのニオブ酸リチウム結晶上に別の集積光学素子を有する本発明による光偏向器を示し、光は薄膜導波路に通される。図１０は図９に示す光偏向器を示し、但し特別に構造化されたストリップ導波路を有し、この導波路を介して光が薄膜導波路に入力結合される。図１１は第１列の並置されたプリズム偏向器と光伝搬方向でその背後に位置決めされる第２列の並置されたプリズム偏向器とを有する光偏向器を示す。図１２は集積光学式光スイッチとして利用することのできる本発明による光偏向器を示す。好ましい実施例の説明図１に示された単一のプリズムはその屈折率ｎが電気光学式に変更可能である。Ｗはこのプリズムに入射する光線の波先である。屈折率ｎに依存してこの光線はプリズムから出射するとき屈折される。屈折率が電気光学式にｎからｎ＋Δn へと変更されると、屈折角はΔβだけ変化する。かかる単一のプリズムによって屈折率を、またこうして屈折光線の角度位置を、電気光学式に変更することによって生成することのできる解像可能点は約10〜20にすぎないので、解像度を大きくするために幾つかのプリズムを並置してプリズムアレイの形に配置することは −先に既に述べたように−公知である。図２は相並べて位置決めされるＮ個のプリズム偏向器を有するかかる配置の略示図である。底辺の長さＬ、幅ａのこれらＮ個の同種のプリズムはそれぞれ、波先Ｗで入射する光線の一部を偏向する。Ｗ₁ 〜Ｗ_Nはそれぞれ部分偏向された部分光線の波先である。図２と同じ配置が図３に示されているが、但しここではプリズム電極がくさび形に配置されて角柱状偏向範囲を形成し、従って個々のプリズム偏向器を形成し、このプリズム電極の前に、プリズム偏向器と同数のＮ個の制御電極が配置されている。これらの制御電極によって各部分光線の位相を電気光学式に制御することができ、これにより、偏向された光線のファーフィールド内に本来現れる弱め合う干渉が防止される。Ｗ_Kはこうして偏向された光線の修正された波先である。図４は１列に並置されたプリズム偏向器と付属の制御電極とを有するかかる光偏向器の公知の実現態様を示す。この公知の光偏向器は個々のニオブ酸リチウム結晶板から組立てられている。各結晶板は上面に１対のくさび形又は三角形プリズム電極とその前で支承された制御電極とを担持している。各結晶板の下面には適宜な対向電極が被着されている。プリズム電極に適宜な電圧が印加されると、屈折率はその下にある範囲でｎからｎ＋Δn に、又は相隣接するプリズム電極の範囲でｎからｎ−Δn に変更することができる。しかし結晶板の厚さが少なくとも200 μm であり、相隣接する電極が異なる極性を有するので、電極間の電界分布はきわめて不均一である−このことは図面に書き込まれた電気力線がはっきりと示す。この不均一な電界分布の結果として、既に述べたように屈折率分布が希望する理想的分布からかなり偏差を生じ、そのことから結局、偏向された光線の望ましくないひずみを生じることになる。図５に示されたやはり公知の光偏向器は、この場合光が薄膜導波路に通され、即ち基板として役立つニオブ酸リチウム結晶の表面に沿って延設される薄膜に通され、こうして電極に比較的低い電圧を印加して作動することができるという利点を有してはいるが、しかしこの場合にも不利なことに、くさび形に配置して導波路表面に被着される電極の間の強い不均一な電界分布が屈折率分布の希望する理想的鋸歯状分布からの偏差をもたらす。この点で本発明が救済策を提供する。ほぼ理想的な鋸歯状屈折率分布は以下に述べる措置によって達成される。その際、ニオブ酸リチウム結晶やタンタル酸リチウム結晶も、特定温度以下、キュリー温度Ｔ_c以下で外部電界なしに自発分極を示す強誘電体である点か域ニオブ酸リチウム結晶中で＋Z軸の方向を向く。この軸に沿って最大の電気光学係数も記録される。本発明が利用するのは、少なくとも結晶表面の近傍で、しかし結晶板の厚さ全体を通しても、幾つかの結晶範囲内に、逆向きの自発分極方向を有する分域内でことによってほぼ一様な分極方向を生成することが可能となる事実である。これは例えば+Zカット・ニオブ酸リチウム結晶にチタン膜を被着し、引き続き1000℃ 以上に加熱することによって達成される（反転は-Zカット・ニオブ酸リチウム結晶でも可能である）。ほぼ一様な分極方向を生成すべき範囲はホトリソグラフィできわめて正確に、鋭い稜及びかどを有する三角形又は角柱として構成することができる。相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲が逆の分極方向を有するようになっている場合、これらの範囲に付属して設けられる共通の矩形電極に電圧を印加することによって、相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲に前置符号（ｎ＋Δn 又はｎ−Δn ）の異なる屈折率変化を誘起することができる。この場合屈折率分布はほぼ理想的な鋸歯状である。図６ａ〜図６ｄには本発明による光偏向器を製造する個々の工程が略示図されている。この工程によれば、少なくとも表面近傍で、即ち深さ5〜10μm で、三角形範囲２の内部に、逆向きの自て決まる分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されることによって、まずＺカット・ニオブ酸リチウム結晶１の表面に、それもしかもその上面に、前記三角形構造又は角柱構造が生成される（図６ａ）。次に、プロトン交換とそれに続くアニールとによって、ニオブ酸リチウム結晶１の上面全体に延びる単一モード導波路３が製造される（図６ｂ）。引き続きこの導波路３に例えば二酸化ケイ素からなる誘電保護膜４が真空蒸着又はスパッタリングされる。この誘電保護膜４に次に金属膜が被着され、この金属膜からホトリソグラフィで、三角形範囲又は角柱状範囲２に付属して設けられる共通の矩形金属電極５が成形される（図６ｃ）。こうして準備されたニオブ酸リチウム結晶１は引き続き回され、即ちその上面又は導波路側を下にして接着剤７によって支持体６に貼付けられる。支持体６は同一カットのニオブ酸リチウム結晶とすることができ、又はガラスで、又はその他の材料でも、構成することができる。貼付けた後、ニオブ酸リチウム結晶１はいまや上にきている本来の下面の方から例えば20〜30μm の厚さに研磨される。研磨した側面に次に金属膜が被着され、次にこの金属膜から例えばホトリソグラフィで１つの共通の対向電極、又はプリズム電極５と同数でプリズム電極５に対向し且つそれに形状が一致した対向電極８が形成される（図６ｄ）。しかし光偏向器の製造は図６ｃに示された工程で終了することもできる。即ち、この場合金属電極８はニオブ酸リチウム結晶１の下面に直接被着される（このことが図６ｃに点線で示されている）。ほぼ理想的な鋸歯状屈折率分布の実現はこの場合にも保証される。ニオブ酸リチウム結晶１の厚さだけはこの場合200μm を下まわることができず、電極５、８間の一層高い電圧で作動しなければならない。図７ａ〜図７ｅは本発明による光偏向器を製造する別の可能性を示す。基板としてやはりＺカット・ニオブ酸リチウム結晶１が役立つ。このニオブ酸リチウム結晶１の上面に、図６を基に説明された製造方法におけると同様にまず幾つかの分域の自発分極方向を反転することによって、ここでも符号２とされた三角形範囲又は角柱状範囲の内部にほぼ一様な分極方向が、従って希望する三角形構造又は角柱構造が生成される（図７ａ）。しかし前記方法とは異なり、次の工程において、導電性結晶１を得るためにニオブ酸リチウム結晶１から外に酸素が拡散される（図７ｂ）。これは例えば約400℃の真空中でニオブ酸リチウム結晶１を数時間加熱することによって達成される。酸素の拡散に続いて次にプロトン交換とそれに続くアニールとによって導波路３が製造される。導電性ニオブ酸リチウム結晶1′の下面は被着された金属膜９によって酸素の供給から保護される（図７ｃ）。次に酸素が計量して拡散注入され、それもしかも上面の方から注入される。拡散の深さは導波路３から下に僅か数μm （３つの光波長以上）に達するべきである。1″はニオブ酸リチウム結晶が再びその導電性を失ったこの範囲である（図７ｄ）。酸素の拡散注入後、導波路３に誘電保護膜４が、その上に金属電極５が順次被着される（図７ｅ）。符号1′は基板として役立つニオブ酸リチウム結晶の下部範囲であり、この範囲は外拡散した酸素が補充されておらず、良導電性のままであり、対向電極として利用される。図８ａに横断面図で示された光偏向器は図６ａ〜図６ｄを基に説明した方法に従って製造されたのに対して、図８ｂに横断面図で示された光偏向器は図７ａ〜図７ｅを基に紹介する方法に従って製造されたものである。両方の図にはそれぞれ電極５、８間に、又は電極５と電極９に接続された基板の導電性範囲1′との間に電圧を印加した場合の電界の電気力線分布と、反転おり、また電極に電圧を印加した場合にこれらの範囲で導波路３中に誘起される屈折率変化ｎ−Δn 又はｎ＋Δn が記載されている。ニオブ酸リチウム結晶の代わりに、タンタル酸リチウム結晶を基板として使用することも可能である。同様に、金属電極５の代わりにITO 膜を利用することができる。この導電性透明膜を使用する場合誘電保護膜４は不要となる。薄膜導波路３を製造するのを省いて、板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶１全体に光線が通されると、三角形範囲又は角柱状範囲２は結晶板１の厚さ全体に達しなければならない。前記製造方法によって、好ましい方法で、さまざまな適用事例に適合した光偏向器を製造することができる。図９がかかる実現態様を示す。この場合、基板として役立つＺカット・ニオブ酸リチウム結晶１には、表面全体にわたって延びる薄膜導波路３と、ほぼ一様な分極方向を有する範囲２とそれに付属したプリズム電極５（対向電極は図示せず。）とを有する三角形構造又は角柱構造が生成されているだけではない。同じ基板は更に薄膜導波路３上に配置される５個の制御電極１０とその前に配置される集光レンズ１１とを担持しており、これらの制御電極はこの場合光伝搬方向で、５個の相並べて位置決めされるプリズム偏向器の前で支承されている。制御電極１０はプリズム偏向器によって偏向された部分光線の位相を電気光学式に制御する目的で設けられているのに対して、プロトン交換によって薄膜導波路３上に集積光学構造素子として直接製造することのできる集光レンズ１１は強く発散した光線を平行光線とするのに役立つ。この強発散光線は例えば導波路３の端面に結合されるレーザーダイオード１２によって生成され、光偏向器によって最終的に偏向されねばならない。平行光線の大きな開口を達成する必要がある場合、集積光学発散レンズ１３も前段に介設することができる。レーザーダイオード１２を直接結合する代わりに、光ファイバーによって光を導波路３に入力結合することも勿論可能である。光メモリ用系内で使用するのに特に適した実施態様を図１０が示す。この場合導波路は、基板として役立つニオブ酸リチウム結晶１の表面のうち光入射側に対向した前側範囲でストリップ導波路１４として構成され、この範囲に続いて集光レンズ１１と制御電極１０とプリズム偏向器２、５とを有する範囲ではじめて薄膜導波路３として構成されている。ストリップ導波路１４は周期的格子構造１５を備えている。即ち、そこに、角柱状範囲２を製造するときと同じ方法でニオブ酸リチウム結晶１の表面近傍で、格子を形成する個々の要素の内部に、逆方向の自発分極方向を有する分域内で分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されており、相隣接した格子要素が逆の分極方向を有し、周期性はストリップ導波路１４に通された光の周波数倍化のための位相同期が保証されるように選定されている。これは、例えば波長0.8 μm の光をストリップ導波路１４に供給すると波長0.4 μmの光が生成され、この短波光が次に集光レンズ１１によって平行化されてプリズム偏向器２、５によって偏向されることを意味する。短波光の使用は特に光記憶ディスクにおいて重要である。というのも、その被覆が短波範囲に敏感であり、長波光の利用と比較して記録密度のかなりの向上を達成することができるからである。超小型短波光源は存在しないので、いわば単一の集積光学素子のなかに光偏向手段も周波数倍化手段も一つにまとめた前記光偏向器によって、比較的長波の超小型のレーザーダイオード１２で作動することができ、こうして光記憶ディスク装置の書込・読取ヘッド内に問題なく組付けることのできる全体としてきわめて小さな組立体を提供する可能性が得られる。ここでも、光ファイバーを介して光をストリップ導波路に入力結合することが勿論可能である。集積光学組立体として構成されてプリズム電極５も制御電極１０も有する図９、図１０の光偏向器では光線の連続偏向が可能である。ディジタル偏向には制御電極１０は不要である。しかしこの適用事例では、１列に並置されたプリズム偏向器２、５が設けられているだけの場合、達成可能な解像可能点の数がきわめて限定されている。しかし解像可能点の数は、導波路３の範囲に少なくとも１つの別の、例えば２倍の数のプリズム偏向器２′、５′を有する第２列を設けてプリズム偏向器列の前で支承することによって高めることができる。図１１に示されたかかる光偏向器では、１列に並べて位置決めされた４個のプリズム偏向器２、５のそれぞれの前に２個のプリズム偏向器２′、５′が介設されており、後者はやはりすべて１列に並置され、同様に製造されている。最後に図１２は、高速集積光学式光スイッチとして利用することのできる光偏向器を示す。この場合、図９の光偏向器とは異なり、薄膜導波路３上に光伝搬方向で並置されたプリズム偏向器２、５の後段に集積光学レンズ１６が配置されており、このレンズが偏向された光を集束する。更にこの場合薄膜導波路３はこのレンズ１６の焦点面で、複数の光出射通路を形成するストリップ導波路１７に移行する。この光偏向器が作動すると、即ち適宜な電圧が電極５に印加されると、さまざまな出射通路１７間で切換えることができる。この光偏向器はきわめて高い切換速度を可能とし、切換速度は１ns以下とすることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年７月２１日【補正内容】約1000の解像可能点を達成するには１cmの開口が不可欠であり、即ち約200 のプリズムと同数の制御電圧とが必要であり、これは不利なことにこのために必要な比較的複雑な制御電子素子を伴う。発明の説明本発明の課題は従って、前記欠点が取り除かれ、特に屈折率分布がほぼ理想的な鋸歯状分布を有する冒頭に指摘した種類の電気光学式プレーナ光偏向器を提供することである。本発明の課題は更に、できるだけ僅かな支出でかかる光偏向器を製造する方法を示すことである。前記課題が、本発明によれば請求の範囲第１項に明示された電気光学式プレーナ光偏向器によって解決される。本発明による光偏向器は板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶からなり、この結晶に光線が通され、プリズム偏向器は３面プリズムを形成する各２つの範囲からなり、これらの範囲内に、元々+Z軸方向に自発分極方向を有する分域内で電界ベクトルによって決まる分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されており、相隣接する角柱状範囲が逆の分極方向を有し、結晶のこれらの角柱状範囲に、矩形に構成される電極が被着されており、この結晶が下面に少なくとも１つの対向電極を備えている。本発明による電気光学式プレーナ光偏向器の有利な諸展開は従属請求の範囲第２項〜第１２項の対象である。本発明の別の課題は、本発明によれば請求の範囲第１３項に記載された方法で解決される。本発明による方法では、少なくとも表面（上面）の近傍で、それぞれ１つの３面プリズムを形成する範囲の内部に、+Z軸方向に自発分極方向を有する分域内で分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されて、相隣接する角柱状範囲が逆の分極方向を有することによって、まず板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶中に角柱構造が生成され、次に結晶のこれらの並置された角柱状範囲に矩形電極が被着され、この結晶の下面に少なくとも１つの対向電極が備えられる。本発明による方法の好ましい実施態様は従属請求の範囲第１４項〜第２１項に明示されている。本発明が利用するのは、少なくとも結晶表面の近傍で、しかし結晶板の厚さ全体を通しても、幾つかの結晶範囲内に、元々逆向きの自発分極方向を有する分域することによってほぼ一様な分極方向を生成することが可能となる事実である。これは例えば+Zカット・ニオブ酸リチウム結晶にチタン膜を被着し、引き続き10 00℃以上に加熱することによって達成される（しかし反転は-Zカット・ニオブ酸リチウム結晶でも可能である）。ほぼ一様な分極方向を生成すべき範囲はホトリソグラフィできわめて正確に三角形として、従って鋭い稜及びかどを有して結晶の上面から深部へと達する３面プリズムとして結晶の上面に構成することができる。相隣接する角柱状範囲が逆の分極方向を有するようになっている場合、これらの範囲に付属して設けられる共通の矩形電極に電圧を印加することによって、相隣接する角柱状範囲に前置符号（ｎ＋Δn 又はｎ−Δn ）の異なる屈折率変化を誘起することができる。この場合屈折率分布はほぼ理想的な鋸歯状である。図面の簡単な説明以下、実施例及び付属の図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は屈折率を電気光学式にｎからｎ＋Δnへと変更可能な単一のプリズムを通過する光線の通路を示す図である。請求の範囲１．１列に並置されたプリズム偏向器を有し、これらのプリズム偏向器が電圧を負荷可能な電極を有する電気光学式プレーナ光偏向器であって、光偏向器が板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶（１）からなり、この結晶に光線が通され、プリズム偏向器が３面プリズムを形成する各２つの範囲（２）からなり、これらの範囲内に、元々+Z軸方向に自発分極方向を有する分域内で電界ベクトルによって決まる分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されており、相隣接する角柱状範囲（２）が逆の分極方向を有し、結晶（１）のこれらの角柱状範囲（２）に、矩形に構成される電極（５）が被着されており、この結晶（１）が下面に少なくとも１つの対向電極を備えている電気光学式プレーナ光偏向器。２．基板として役立つ結晶（１）の表面（上面）に沿って延設された単一モード薄膜導波路（３）に光線が通され、ほぼ一様な分極方向が生成される角柱状範囲（２）が少なくとも薄膜導波路（３）の厚さを有する請求の範囲第１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。３．結晶（１）が薄膜導波路（３）の下方でそれ自身導電性とされており、この範囲が対向電極（８）として役立つことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。４．結晶（１）又は薄膜導波路（３）と電極（５）との間に誘電膜（４）が配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。５．結晶（１）又は薄膜導波路（３）上に、光伝搬方向で並置されたプリズム偏向器（２，５）の前で支承されて適宜数の制御電極（１０）が位置決めされていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。６．光入射側で入力結合された光線を平行光線とするために薄膜導波路（３）上に光伝搬方向でプリズム偏向器（２，５）の前に集積光学集光レンズ（１１）が配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項〜第５項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。７．薄膜導波路（３）上に、集光レンズ（１１）の前で支承して集積光学発散レンズ（１３）が配置されている請求の範囲第６項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。８．光入射側に対向する前側範囲で導波路がストリップ導波路（１４）として構成されて、薄膜導波路（３）に移行しており、ストリップ導波路（１４）が個々の格子要素からなる周期的格子構造（１５）を備えており、逆向きの自発分極方向を有する分域内で分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されている範囲で個々の格子要素が構成されており、相隣接する格子要素が逆の分極方向を有し、格子要素が光伝搬方向に対して垂直に配置されている請求の範囲第２項〜第７項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。９．少なくとも２列に並置してプリズム偏向器（２，５及び２′，５′）が設けられており、個々の列（２′，５′及び２，５）が光伝搬方向で相前後して配置されている請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。１０．結晶（１）の矩形に構成される電極（５）が、被着されている側面が支持体（６）に貼付けられている請求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。１１．導波路（３，１４）にレーザーダイオード（１２）が結合されている請求の範囲第２項〜第１０項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。１２．薄膜導波路（３）上に、光伝搬方向で並置されたプリズム偏向器（２，５）の後段に、集積光学集光レンズ（１６）が配置されており、この集光レンズ（１６）の焦点面で薄膜導波路（３）が、複数の光出射通路を形成するストリップ導波路（１７）に移行する請求の範囲第２項〜第１１項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。１３．１列に並置されたプリズム偏向器を有する電気光学式プレーナ光偏向器を製造する方法であって、少なくとも表面（上面）の近傍で、各１つの３面プリズムを形成する範囲（２）の内部に、+Z方向に自発分極方向を有する分域内で分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されて、相隣接する角柱状範囲（２）が逆の分極方向を有することによって、まず板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶（１）中に角柱構造が生成され、次に結晶（１）のこれらの並置された角柱状範囲（２）に矩形電極（５）が被着され、この結晶（１）の下面に少なくとも１つの対向電極（８）が備えられる方法。１４．角柱状範囲（２）の生成後、結晶（１）の表面（上面）全体にプロトン交換とアニールとによって単一モード導波路（３）が製造され、次に矩形電極（５）及び対向電極（８）が被着される請求の範囲第１３項に記載の方法。１５．電極（５）の被着後、結晶（１）の電極（５）が被着されている側面が、支持体（６）に貼付けられ、次に結晶（１）が裏側の方から所定の厚さに研磨され、研磨した面に対向電極（８）が被着される請求の範囲第１３項又は第１４項に記載の方法。１６．角柱状範囲（２）の生成後、結晶（１）から外に酸素が拡散され、引き続き結晶の下面に保護膜（９）が被着され、次に結晶（１）の表面（上面）全体にプロトン交換とアニールとによって単一モード導波路（３）が製造され、次に、拡散の深さが導波路（３）から下に数μm に達するまで酸素が表面（上面）の方から計量して拡散注入され、最後にこの表面に三角形範囲（２）に付属して矩形電極（５）が被着される請求の範囲第１３項に記載の方法。１７．Ｚカット・ニオブ酸リチウム結晶（１）を使用する場合チタン膜を被着し、それに続いて1000℃以上の温度に加熱することによって分極方向の反転が達成され、三角形構造がホトリソグラフィで生成される請求の範囲第１３項〜第１６項のいずれか１項に記載の方法。１８．導電性膜を被着し、引き続きホトリソグラフィで成形することによって電極（５）が製造されることを特徴とする請求の範囲第１３項〜第１７項のいずれか１項に記載の方法。１９．プロトン交換とアニールとによって製造される導波路（３）上にまず誘電保護膜（４）が生成され、その上に電極（５）が被着されることを特徴とする請求の範囲第１４項〜第１８項のいずれか１項に記載の方法。２０．誘電保護膜（４）が真空蒸着されることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。２１．誘電保護膜（４）がスパッタリングされることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。

Claims

【特許請求の範囲】１．１列に並置されたプリズム偏向器を有し、これらのプリズム偏向器が電圧を負荷可能な電極を有する電気光学式プレーナ光偏向器において、光線が板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶（１）に通され、プリズム偏向器がそれぞれ２つの三角形範囲又は角柱状範囲（２）からなり、これらの範囲内に、逆向きの自発分極方向を有する分域内で電界ベクトルによって決まる分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されており、相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲（２）が逆の分極方向を有し、結晶（１）のこれらの三角形範囲又は角柱状範囲（２）に、矩形に構成される電極（５）が被着されており、この結晶（１）が下面に少なくとも１つの対向電極を備えていることを特徴とする電気光学式プレーナ光偏向器。２．基板として役立つ結晶（１）の表面（上面）に沿って延設された単一モード薄膜導波路（３）に光線が通され、ほぼ一様な分極方向が生成される三角形範囲又は角柱状範囲（２）が少なくとも薄膜導波路（３）の厚さを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。３．結晶（１）が薄膜導波路（３）の下方でそれ自身導電性とされており、この範囲が対向電極（８）として役立つことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。４．結晶（１）又は薄膜導波路（３）と電極（５）との間に誘電膜（４）が配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。５．結晶（１）又は薄膜導波路（３）上に、光伝搬方向で並置されたプリズム偏向器（２，５）の前で支承されて適宜数の制御電極（１０）が位置決めされていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。６．光入射側で入力結合された光線を平行光線とするために薄膜導波路（３）上に光伝搬方向でプリズム偏向器（２，５）の前に集積光学集光レンズ（１１）が配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項〜第５項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。７．薄膜導波路（３）上に、集光レンズ（１１）の前で支承して集積光学発散レンズ（１３）が配置されていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。８．光入射側に対向する前側範囲で導波路がストリップ導波路（１４）として構成されて、薄膜導波路（３）に移行しており、ストリップ導波路（１４）が周期的格子構造（１５）を備えており、逆向きの自発分極方向を有する分域内で分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されている範囲で個々の格子要素が構成されており、相隣接する格子要素が逆の分極方向を有することを特徴とする請求の範囲第２項〜第７項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。９．少なくとも２列に並置してプリズム偏向器（２，５及び２′，５′）が設けられており、個々の列（２′，５′及び２，５）が光伝搬方向で相前後して配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。１０．結晶（１）が、被着された電極（５）を下にして支持体（６）に貼付けられていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。１１．導波路（３，１４）にレーザーダイオード（１２）が結合されていることを特徴とする請求の範囲第２項〜第１０項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。１２．薄膜導波路（３）上に、光伝搬方向で並置されたプリズム偏向器（２，５）の後段に、集積光学集光レンズ（１６）が配置されており、この集光レンズ（１６）の焦点面で薄膜導波路（３）が、複数の光出射通路を形成するストリップ導波路（１７）に移行することを特徴とする請求の範囲第２項〜第１１項のいずれか１項に記載の電気光学式プレーナ光偏向器。１３．１列に並置されたプリズム偏向器を有する電気光学式プレーナ光偏向器を製造する方法において、少なくとも表面（上面）の近傍で三角形範囲又は角柱状範囲（２）の内部に、逆向きの自発分極方向を有する分域内で分極方向を反転することによってほぼ一様な分極方向が生成されて、相隣接する三角形範囲又は角柱状範囲（２）が逆の分極方向を有することによって、まず板状Ｚカット・ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム結晶（１）中に三角形構造又は角柱構造が生成され、次に結晶（１）のこれらの並置された三角形範囲又は角柱状範囲（２）に矩形電極（５）が被着され、この結晶（１）の下面に少なくとも１つの対向電極（８）が備えられることを特徴とする方法。１４．三角形範囲又は角柱状範囲（２）の生成後、結晶（１）の表面（上面）全体にプロトン交換とアニールとによって単一モード導波路（３）が製造され、次に矩形電極（５）及び対向電極（８）が被着されることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の方法。１５．電極（５）の被着後、結晶（１）が電極側を下にして支持体（６）に貼付けられ、次に結晶（１）が裏側の方から所定の厚さに研磨され、研磨した面に対向電極（８）が被着されることを特徴とする請求の範囲第１３項又は第１４項に記載の方法。１６．三角形範囲又は角柱状範囲（２）の生成後、結晶（１）から外に酸素が拡散され、引き続き結晶の下面に保護膜（９）が被着され、次に結晶（１）の表面（上面）全体にプロトン交換とアニールとによって単一モード導波路（３）が製造され、次に、拡散の深さが導波路（３）から下に数μm に達するまで、酸素が表面（上面）の方から計量して拡散注入され、最後にこの表面に、三角形範囲（２）に付属して矩形電極（５）が被着されることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の方法。１７．Ｚカット・ニオブ酸リチウム結晶（１）を使用する場合チタン膜を被着し、それに続いて1000℃以上の温度に加熱することによって分極方向の反転が達成され、三角形構造がホトリソグラフィで生成されることを特徴とする請求の範囲第１３項〜第１６項のいずれか１項に記載の方法。１８．導電性膜を被着し、引き続きホトリソグラフィで成形することによって電極（５）が製造されることを特徴とする請求の範囲第１３項〜第１７項のいずれか１項に記載の方法。１９．プロトン交換とアニールとによって製造される導波路（３）上にまず誘電保護膜（４）が生成され、その上に電極（５）が被着されることを特徴とする請求の範囲第１４項〜第１８項のいずれか１項に記載の方法。２０．誘電保護膜（４）が真空蒸着されることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。２１．誘電保護膜（４）がスパッタリングされることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。