JPWO2019111332A1 - 光変調器、光観察装置及び光照射装置 - Google Patents

Abstract

光変調器は、入力光が入力される入力面と、入力面に対向する裏面とを有するペロブスカイト型の電気光学結晶と、電気光学結晶の入力面に配置され、入力光を透過する第１電極を有する第１光学要素と、電気光学結晶の裏面に配置され、入力光を透過する第２電極を有する第２光学要素と、第１電極と第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、を備え、第１電極は、入力面に単体で配置され、第２電極は、裏面に単体で配置され、第１電極及び第２電極の少なくとも一方は、入力面又は裏面を部分的に覆っており、電気光学結晶中における、入力光の伝播方向と電界の印加方向が平行であり、入力面と第１電極との間、及び、裏面と第２電極との間の少なくとも一方には、電気光学結晶内への電荷の注入を抑制する電荷注入抑制層が形成されている。

Description

本開示は、光変調器、光観察装置及び光照射装置に関する。

例えば特許文献１及び特許文献２には、電気光学素子が開示されている。この電気光学素子は、基板と、基板に積層される強誘電体のＫＴＮ（ＫＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３）層と、ＫＴＮ層の前面に配置される透明電極と、ＫＴＮ層の後面に配置される金属電極とを含んでいる。ＫＴＮは、温度によって４つの結晶構造をとり、ペロブスカイト型の結晶構造であるときに電気光学素子として利用される。このようなＫＴＮ層は、金属電極上に形成されたシード層の上に形成されている。

特開２０１４−８９３４０号公報 特開２０１４−８９３４１号公報

上記のような電気光学素子では、ＫＴＮ層が一対の電極によって挟まれる構成である。また、一対の電極は、ＫＴＮ層の前面及び後面の全体にわたって形成されている。そのため、ＫＴＮ層に電界が印加された際に、逆圧電効果あるいは電歪効果が大きくなり、安定した光変調を行うことができない虞がある。また、ＫＴＮ層に対して金属電極から電荷が注入されると、ＫＴＮ結晶内の電子の挙動により変調精度が安定しない虞がある。

本開示は、安定した光変調を行うことができる光変調器、光観察装置及び光照射装置を提供することを目的とする。

一形態の光変調器は、入力光を変調し、変調された変調光を出力する光変調器であって、入力光が入力される入力面と、入力面に対向する裏面とを有し、比誘電率が１０００以上であるペロブスカイト型の電気光学結晶と、電気光学結晶の入力面側に配置され、入力光を透過する第１電極を有する第１光学要素と、電気光学結晶の裏面側に配置され、入力光を透過する第２電極を有する第２光学要素と、第１電極と第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、を備え、第１電極は、入力面側に単体で配置され、第２電極は、裏面側に単体で配置され、第１電極及び第２電極の少なくとも一方は、入力面又は裏面を部分的に覆っており、電気光学結晶中における、前記入力光の伝播方向と前記電界の印加方向が平行であり、第１光学要素及び第２光学要素の少なくとも一方は、電気光学結晶内への電荷の注入を抑制する電荷注入抑制層を含んでいる。

一形態の光変調器は、入力光を変調し、変調された変調光を出力する光変調器であって、入力光が入力される入力面と、入力面に対向する裏面とを有し、比誘電率が１０００以上であるペロブスカイト型の電気光学結晶と、電気光学結晶の入力面側に配置され、入力光を透過する第１電極を有する第１光学要素と、電気光学結晶の裏面側に配置される第２電極を有し、入力光を入力面に向けて反射する第２光学要素と、第１電極と第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、を備え、第１電極は、入力面側に単体で配置され、第２電極は、裏面側に単体で配置され、第１電極及び第２電極の少なくとも一方は、入力面又は裏面を部分的に覆っており、電気光学結晶中における、前記入力光の伝播方向と前記電界の印加方向が平行であり、第１光学要素及び第２光学要素の少なくとも一方は、電気光学結晶内への電荷の注入を抑制する電荷注入抑制層を含んでいる。

また、一形態の光観察装置は、入力光を出力する光源と、上記の光変調器と、光変調器から出力された変調光を対象物に照射する光学系と、対象物から出力された光を検出する光検出器と、を有する。

また、一形態の光照射装置は、入力光を出力する光源と、上記の光変調器と、光変調器から出力された変調光を対象物に照射する光学系と、を有する。

このような光変調器、光観察装置及び光照射装置によれば、入力光は第１光学要素の第１電極を透過してペロブスカイト型の電気光学結晶の入力面に入力される。この入力光は、電気光学結晶の裏面に配置された第２光学要素を透過して出力されるか、又は、第２光学要素によって反射されて出力され得る。この際、第１光学要素に設けられた第１電極と、第２光学要素に設けられた第２電極との間に電界が印加される。これにより、比誘電率の高い電気光学結晶に電界が印加され、入力光が変調され得る。この光変調器では、第１電極及び第２電極は１つずつ配置され、第１電極及び第２電極の少なくとも一方は、入力面又は裏面を部分的に覆っている。この場合、第１電極と第２電極とが対向している部分では逆圧電効果あるいは電歪効果が生じるが、その周囲では逆圧電効果あるいは電歪効果が生じない。そのため、第１電極と第２電極とが対向している部分の周囲がダンパーとして機能する。これにより、入力面及び裏面の全体を電極で覆う場合に比し、逆圧電効果及び電歪効果を抑制することができ、共振等の発生が抑制される。また、電気光学結晶内への電荷の注入を抑制する電荷注入抑制層が形成されているので、電気光学結晶内の電子の挙動を安定させることができる。したがって、安定した光変調を行うことができる。

また、一形態において、第２光学要素と対向する第１の面と、第１の面の反対側の面である第２の面とを有する透明基板を更に備え、透明基板は、第２光学要素を透過した入力光を出力してもよい。また、一形態において、第２光学要素と対向する第１の面を有する基板を更に備えてもよい。これらのような光変調器では、電気光学結晶の光軸方向の厚さを薄く形成した場合でも、外部の衝撃等から電気光学結晶を保護することができる。

また、電荷注入抑制層は、入力面と第１電極との間、及び、裏面と第２電極との間のそれぞれに形成されていてもよい。この構成によれば、第１電極及び第２電極の両方からの電気光学結晶への電荷の注入が抑制される。

また、一形態において、第１電極及び第２電極の少なくとも一方の面積（μｍ^２）は、電気光学結晶の電界印加方向における電気光学結晶の厚さ（μｍ）をｄとした場合、２５ｄ^２以下であってもよい。このような光変調器では、逆圧電効果あるいは電歪効果を効果的に低減することができる。

また、一形態において、第１電極の面積は、第２電極の面積よりも大きい又は小さくてもよい。この場合、第１電極と第２電極との位置合わせを容易に行うことができる。

また、一形態において、第1電極に電気的に接続された第３電極と第２電極に電気的に接続された第４電極とを更に備え、第３電極と第４電極とは電気光学結晶を挟んで重ならないように配置されてもよい。

また、一形態において、第１光学要素は、第１電極に電気的に接続された第３電極と、第３電極と入力面との間に配置され、第３電極で生じる電界を低減する絶縁部と、を有し、駆動回路は、第３電極を介して第１電極に電界を印加してもよい。駆動回路との接続のために第３電極を設けているので、第１電極の大きさや位置を自由に設計することができる。この際、絶縁部によって、第３電極で発生する電界が電気光学結晶に影響することを抑制することができる。

また、一形態において、１光学要素は、第１電極の周囲において入力面を覆い、第１電極の周囲から入力面に入力される光を低減する光低減部を有してもよい。この場合、光低減部は、光を反射する反射層であってもよい。また、光低減部は、光を吸収する吸収層であってもよい。また、光低減部は、光を遮蔽する遮蔽層であってもよい。これにより、入力面のうち第１電極が形成されていない部分からの光の入力を抑制することができる。

また、一形態において、第２電極には入力光を反射する誘電体多層膜が設けられていてもよい。この構成によれば、入力光を効率的に反射させることができる。

また、一形態において、第２電極は入力光を反射してもよい。この構成によれば、第２電極側に別途反射層等を設ける必要がない。

また、一形態において、電気光学結晶は、ＫＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１）結晶、Ｋ_１-ｙＬｉ_ｙＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶、又はＰＬＺＴ結晶であってもよい。この構成によれば、比誘電率の高い電気光学結晶を容易に実現することができる。

また、一形態において、電気光学結晶の温度を制御する温度制御素子をさらに備えてもよい。この構成によれば、電気光学結晶の温度を一定の保持することによって、変調精度を更に安定させることができる。

実施形態による光変調器、光観察装置及び光照射装置によれば、逆圧電効果あるいは電歪効果を抑制し、安定した光変調を行うことができる。

一実施形態に係る光観察装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 リタディーション変調において結晶軸と光の進行方向、電界の関係を示す図である。 第２実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 第３実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 第４実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 第５実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 第６実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 第７実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 第８実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 第９実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 第１０実施形態に係る光変調器の概略示す図である。 一実施形態に係る光照射装置の構成を示すブロック図である。

以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

［第１実施形態］
図１は、一実施形態に係る光観察装置の構成を示すブロック図である。光観察装置１Ａは、例えば、観察の対象物を撮像するための蛍光顕微鏡である。光観察装置１Ａは、試料（対象物）Ｓの表面に入力光Ｌ１を照射し、それに伴って試料Ｓから出力される蛍光又は反射光等の検出光Ｌ３を撮像することで、試料Ｓの画像を取得する。

観察対象物となる試料Ｓは、例えば、蛍光色素、蛍光タンパク等の蛍光物質を含む細胞、生体等のサンプルである。また、試料Ｓは、半導体デバイス又はフィルム等のサンプルであってもよい。試料Ｓは、所定の波長域の光（励起光又は照明光）が照射された場合に、例えば蛍光等の検出光Ｌ３を発する。試料Ｓは、例えば、少なくとも入力光Ｌ１及び検出光Ｌ３に対する透過性を有するホルダ内に収容されている。このホルダは、例えばステージ上に保持されている。

図１に示されるように、光観察装置１Ａは、光源１１と、集光レンズ１２と、光変調器１００と、第１の光学系１４と、ビームスプリッタ１５と、対物レンズ１６と、第２の光学系１７と、光検出器１８と、制御部１９と、を備えている。

光源１１は、試料Ｓを励起させる波長を含む入力光Ｌ１を出力する。光源１１は、例えば、コヒーレント光又はインコヒーレント光を出射する。コヒーレント光源としては、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）といったレーザ光源等が挙げられる。インコヒーレント光源としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はランプ系光源等が挙げられる。

集光レンズ１２は、光源１１から出力された入力光Ｌ１を集光し、集光された入力光Ｌ１を出力する。光変調器１００は、入力光Ｌ１の伝播方向と印加電界の方向とが平行となるように配置される。したがって、光変調器１００では、電気光学結晶１０１中における、入力光Ｌ１の伝播方向と電界の印加方向とが平行となる。光変調器１００は、光源１１から出力された入力光Ｌ１の位相あるいはリタディーション（位相差）を変調する光変調器である。光変調器１００は、集光レンズ１２から入力された入力光Ｌ１を変調し、変調された変調光Ｌ２を第１の光学系１４に向けて出力する。本実施形態における光変調器１００は透過型に構成されているが、光観察装置１Ａでは反射型の光変調器を用いてもよい。光変調器１００は、制御部１９のコントローラ２１に電気的に接続されており、光変調器ユニットを構成している。光変調器１００は、制御部１９のコントローラ２１によりその駆動が制御される。光変調器１００の詳細については、後述する。

第１の光学系１４は、光変調器１００と対物レンズ１６とを光学的に結合している。これにより、光変調器１００から出力された変調光Ｌ２は、対物レンズ１６に導光される。例えば、第１の光学系１４は、光変調器１００からの変調光Ｌ２を対物レンズ１６の瞳で集光させる。

ビームスプリッタ１５は、変調光Ｌ２と検出光Ｌ３とを分離するための光学素子である。ビームスプリッタ１５は、例えば、励起波長の変調光Ｌ２を透過し、蛍光波長の検出光Ｌ３を反射する。また、ビームスプリッタ１５は、偏光ビームスプリッタであってもよいし、ダイクロイックミラーであってもよい。なお、ビームスプリッタ１５の前後の光学系（例えば、第１の光学系１４及び第２の光学系１７）、又は適用する顕微鏡の種類によっては、ビームスプリッタ１５は、変調光Ｌ２を反射し、蛍光波長の検出光Ｌ３を透過してもよい。

対物レンズ１６は、光変調器１００で変調された変調光Ｌ２を集光して試料Ｓに照射するとともに、それに伴って試料Ｓから発せられる検出光Ｌ３を導光する。対物レンズ１６は、例えばピエゾアクチュエータ、ステッピングモータ等の駆動素子により、光軸に沿って移動可能に構成されている。これにより、変調光Ｌ２の集光位置、及び検出光Ｌ３の検出のための焦点位置が調整可能となっている。

第２の光学系１７は、対物レンズ１６と光検出器１８とを光学的に結合している。これにより、対物レンズ１６から導光された検出光Ｌ３は、光検出器１８で結像される。第２の光学系１７は、対物レンズ１６からの検出光Ｌ３を光検出器１８の受光面で結像させるレンズ１７ａを有している。

光検出器１８は、対物レンズ１６により導光されて受光面で結像された検出光Ｌ３を撮像する。光検出器１８は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサ等のエリアイメージセンサである。

制御部１９は、プロセッサなどの制御回路及び画像処理回路、メモリ等を含むコンピュータ２０と、プロセッサなどの制御回路、メモリ等を含み、光変調器１００及びコンピュータ２０に電気的に接続されたコントローラ２１とを含む。コンピュータ２０は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートデバイス、マイクロコンピュータ、或いはクラウドサーバ等である。コンピュータ２０は、プロセッサにより、対物レンズ１６、光検出器１８等の動作を制御し、各種の制御を実行する。また、コントローラ２１は、光変調器１００における位相変調量あるいはリタディーション変調量を制御する。

次に、光変調器１００の詳細について説明する。図２は、光変調器の概略を示す図である。光変調器１００は、入力光Ｌ１を変調し、変調された変調光Ｌ２を出力する透過型の光変調器であり、図２に示すように、電気光学結晶１０１と、光入力部（第１光学要素）１０２と、光出力部（第２光学要素）１０６と、駆動回路１１０とを備えている。なお、図２の（ａ）では、光変調器１００の電気光学結晶１０１、光入力部１０２及び光出力部１０６を断面として示している。また、図２の（ｂ）は、光変調器１００を光入力部１０２側からみた図であり、図２の（ｃ）は、光変調器１００を光出力部１０６側からみた図である。

電気光学結晶１０１は、入力光Ｌ１が入力される入力面１０１ａと、入力面１０１ａに対向する裏面１０１ｂとを有する板状をなしている。電気光学結晶１０１は、ペロブスカイト型の結晶構造を備えており、ポッケルス効果、カー効果等の電気光学効果を屈折率変化に利用している。ペロブスカイト型の結晶構造である電気光学結晶１０１は、立方晶系の点群ｍ３ｍに属し、その比誘電率が１０００以上を有する等方性結晶である。電気光学結晶１０１の比誘電率は、例えば１０００〜２００００程度の値をとり得る。このような電気光学結晶１０１としては、例えば、ＫＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１）結晶（以下、「ＫＴＮ結晶」という）、Ｋ_１-ｙＬｉ_ｙＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶、ＰＬＺＴ結晶などであり、具体的には、ＢａＴｉＯ_３、或いはＫ_３Ｐｂ_３（Ｚｎ_２Ｎｂ_７）Ｏ_２７、Ｋ（Ｔａ_０．６５Ｎｂ_０．３５）Ｐ_３、Ｐｂ_３ＭｇＮｂ_２Ｏ_９、Ｐｂ_３ＮｉＮｂ_２Ｏ_９などが挙げられる。本実施形態の光変調器１００では、電気光学結晶１０１としてＫＴＮ結晶が用いられる。ＫＴＮ結晶は、立方晶系のｍ３ｍ点群であるため、ポッケルス効果はなく、カー効果によって変調を行う。そのため、電気光学結晶１０１の結晶軸に平行もしくは垂直に光を入力し、同方向に電界を印加すると位相変調を行うことができる。また、任意の結晶軸を中心に他の２軸を０°、９０°以外の任意の角度に回転させれば、リタディーション変調を行うことができる。図３の（ａ）は、リタディーション変調において結晶軸と光の進行方向、電界の関係を示す斜視図であり、図３の（ｂ）は各軸を平面的に示した図である。図３に示す例は、角度４５°に結晶を回転させる場合である。軸Ｘ１を中心にして、軸Ｘ２，Ｘ３を４５°回転させ、新たな軸Ｘ１，Ｘ２’，Ｘ３’とした場合、光をこの新規軸に平行又は垂直に入力することによって、リタディーション変調を行うことができる。図４では、結晶１１０４の印加方向１１０２に電界を印加している。入力光Ｌ１の伝播方向１１０１は、電界の印加方向１１０２と平行となる。この場合、入力光Ｌ１の変調に用いられるカー係数は、ｇ１１、ｇ１２及びｇ４４となる。

ＫＴＮ結晶の比誘電率は、温度の影響を受けやすく、例えば、−５℃付近において比誘電率が２００００程度と最も大きく、常温である２０℃近辺において比誘電率が５０００程度まで下がる。そこで、電気光学結晶１０１は、例えばペルチェ素子のような温度制御素子Ｐによって−５℃付近に温度制御されている。

図２に示すように、光入力部１０２は、透明電極（第１電極）１０３、電荷注入抑制層１２１、中間層１２０、接続用電極（第３電極）１０４及び絶縁部１０５を含んでいる。

透明電極１０３は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａ側に配置されている。透明電極１０３は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）によって形成されており、入力光Ｌ１を透過させる。すなわち、入力光Ｌ１は、透明電極１０３を透過して電気光学結晶１０１に向かって伝播される。本実施形態では、透明電極１０３は、例えば平面視矩形状をなしており、入力面１０１ａを部分的に覆っている。また、透明電極１０３の面積（μｍ^２）は、電界印加方向における電気光学結晶１０１の厚さがｄ（μｍ）である場合、２５ｄ^２以下であってもよい。透明電極１０３は、入力面１０１ａの略中央の一か所に単体で形成されており、入力面１０１ａの周縁から離間している。このような透明電極１０３は、例えば、マスクパターンを用いたＩＴＯの蒸着によって形成され得る。

電荷注入抑制層１２１は、透明電極１０３と入力面１０１ａとの間に形成されている。電荷注入抑制層１２１は、例えば、透明電極１０３と同じ大きさであり、平面視矩形状をなしている。電荷注入抑制層１２１は、例えば、非導電性の接着材料の硬化物中に誘電体材料を有しており、導電材料を含まない。なお、非導電性とは、導電性を有さない性質に限らず、絶縁性が高い性質あるいは電気抵抗率が高い性質を含む。すなわち、電荷注入抑制層１２１は、絶縁性が高く（電気抵抗率が高く）、理想的には導電性を有さない。

接着材料は、例えばエポキシ系接着剤のような光学的に無色透明な樹脂によって形成され得る。誘電体材料は、例えば電気光学結晶１０１と同程度の１００〜３００００程度の比誘電率を有し得る。誘電体材料は、入力光Ｌ１の波長以下の粒子径を有する紛体であってよく、例えば、５０ｎｍ〜３０００ｎｍ程度の粒子径を有し得る。誘電体材料の粒子径を小さくすることによって、光の散乱を抑制することができる。光の散乱を考慮した場合、誘導体材料の粒子径は、１０００ｎｍ以下であってよく、さらに、１００ｎｍ以下であってよい。誘電体材料は、電気光学結晶１０１の紛体であってもよい。なお、誘電体材料はポッケルス効果を有しない。一例として、接着材料と誘電体材料との混合物に占める誘電体材料の割合は５０％程度であってよい。電荷注入抑制層１２１は、例えば電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに対して接着材料と誘電体材料との混合物を塗布することによって形成され得る。電荷注入抑制層１２１は、透明電極１０３に対応して形成されていればよく、入力面１０１ａの全面に形成されている必要はない。

また、電荷注入抑制層１２１は、ＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２、ＢａＴｉＯ_３、ＢＳＴ（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３）、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３）、ＳｒＴａ_２Ｏ_６、Ｓｒ_２Ｔａ_２Ｏ_７、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＰＺＴＮ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｎｂ_２Ｏ_８、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９）、ＳＢＴＮ（ＳｒＢｉ_２（Ｔａ，Ｎｂ）_２Ｏ_９、ＢＴＯ（Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２)などの誘電体材料によって形成されてもよい。

中間層１２０は、入力面１０１ａ上に形成されている。本実施形態では、中間層１２０は、電荷注入抑制層１２１に接して、入力面１０１ａ上において電荷注入抑制層１２１よりも一方側の端縁まで一様に形成されている。中間層１２０の高さは、例えば電荷注入抑制層１２１の高さと同程度であってよい。中間層１２０は、例えば電荷注入抑制層１２１を構成する接着材料と同じ接着材料によって形成されてもよい。また、中間層１２０は電荷注入抑制層１２１と同様に接着材料と誘電体材料との混合物であってもよい。さらに、中間層１２０は、ＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２などによって形成される絶縁膜であってもよい。

絶縁部１０５は、中間層１２０上に形成されている。本実施形態では、絶縁部１０５は、透明電極１０３に接して、中間層１２０上において透明電極１０３よりも一方側の端縁まで一様に形成されている。絶縁部１０５の高さは、例えば透明電極１０３の高さよりも低く形成されている。絶縁部１０５は、例えばＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２などによって形成される絶縁膜である。絶縁部１０５上には、接続用電極１０４が形成されている。すなわち、絶縁部１０５は、中間層１２０と接続用電極１０４との間に配置されている。これにより、絶縁部１０５は、接続用電極１０４で生じる電界の大半が絶縁部に加わり、電気光学結晶１０１に印加される電界が無視されるほどの厚さを備えている。なお、中間層１２０と絶縁部１０５とが同じ材料によって形成される場合には、中間層１２０と絶縁部１０５とは一体的に形成され得る。

接続用電極１０４は、透明電極１０３に電気的に接続されている。接続用電極１０４は、一端が透明電極１０３に電気的に接続される細線状のリード部１０４ａと、リード部１０４ａの他端に電気的に接続される平面視矩形状の本体部１０４ｂとを有している。例えば、本体部１０４ｂの面積は透明電極１０３よりも大きい。また、例えば本体部１０４ｂは入力面１０１ａの周縁まで延在している。本実施形態では、矩形状をなす本体部１０４ｂの一辺１０４ｃが、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａの周縁に一致している。接続用電極１０４は、透明電極１０３と同様にＩＴＯなどの透明材料によって形成されていてもよい。また、透明材料以外にも、入力光Ｌ１を透過しない他の導電材料によって形成されていてもよい。例えば、接続用電極１０４は、マスクパターンを用いて絶縁部１０５上にＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。

図２の（ｃ）に示すように、光出力部１０６は、透明電極（第２電極）１０７、電荷注入抑制層１２３、中間層１２２、接続用電極（第４電極）１０８及び絶縁部１０９を含んでいる。

透明電極１０７は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂ側に配置されている。透明電極１０７は、透明電極１０３と同様に、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されて位相変調もしくはリタディーション変調された入力光Ｌ１は、変調光Ｌ２として透明電極１０７から出力され得る。本実施形態では、透明電極１０７は、例えば平面視矩形状をなしており、裏面１０１ｂを部分的に覆っている。また、透明電極１０７の面積（μｍ^２）は、電界印加方向における電気光学結晶１０１の厚さがｄ（μｍ）である場合、２５ｄ^２以下であってもよい。透明電極１０７は、裏面１０１ｂの略中央の一か所に単体で形成されており、裏面１０１ｂの周縁から離間している。また、平面視において、透明電極１０７の面積は、透明電極１０３よりも大きく形成されている。また、透明電極１０７の中心と、透明電極１０３の中心とは、光軸方向において略一致している。そのため、光軸方向でみた場合には、透明電極１０３の全体が透明電極１０７の内側に収まる。

電荷注入抑制層１２３は、透明電極１０７と裏面１０１ｂとの間に形成されている。電荷注入抑制層１２３は、例えば、透明電極１０７と同じ大きさであり、平面視矩形状をなしている。電荷注入抑制層１２３は、例えば電荷注入抑制層１２１と同じ材料によって形成され得る。

中間層１２２、裏面１０１ｂ上に形成されている。本実施形態では、中間層１２２は、電荷注入抑制層１２３に接して、裏面１０１ｂ上において電荷注入抑制層１２３よりも一方側の端縁まで一様に形成されている。中間層１２２の高さは、例えば電荷注入抑制層１２３の高さと同程度であってよい。中間層１２２は、例えば中間層１２０と同じ材料によって形成され得る。

絶縁部１０９は、中間層１２２上に形成されている。本実施形態では、絶縁部１０９は、透明電極１０７に接して、中間層１２２上において透明電極１０７よりも一方側の端縁まで一様に形成されている。絶縁部１０９の高さは、例えば透明電極１０７の高さよりも低く形成されている。絶縁部１０９は、例えばＳｉＯ_２あるいはＨｆＯ_２などのような絶縁体によって形成される絶縁膜である。絶縁部１０９上には、接続用電極１０８が形成されている。すなわち、絶縁部１０９は、中間層１２２と接続用電極１０８との間に配置されている。これにより、絶縁部１０９は、接続用電極１０８で生じる電界を絶縁する。

接続用電極１０８は、透明電極１０７に電気的に接続されている。接続用電極１０８は、一端が透明電極１０７に電気的に接続される細線状のリード部１０８ａと、リード部１０８ａの他端に電気的に接続される平面視矩形状の本体部１０８ｂとを有している。例えば、本体部１０８ｂの面積は透明電極１０７よりも大きい。また、例えば本体部１０８ｂは裏面１０１ｂの周縁まで延在している。本実施形態では、矩形状をなす本体部１０８ｂの一辺１０８ｃが、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂの周縁に一致している。また、本体部１０８ｂの一辺１０８ｃは電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂの周辺部と一致しなくてもよい。接続用電極１０８は、透明電極１０７と同様にＩＴＯなどの透明材料によって形成されていてもよい。また、透明材料以外にも、入力光Ｌ１を透過しない他の導電材料によって形成されていてもよい。例えば、接続用電極１０８は、マスクパターンを用いて絶縁部１０９上にＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。例えば、本体部１０８ｂの面積は、光入力部１０２の本体部１０４ｂの面積と略同じであってよい。また、本体部１０８ｂの面積は透明電極１０７の表面の面積よりも小さくてもよい。

駆動回路１１０は、透明電極１０３と透明電極１０７との間に電界を印加する。本実施形態では、駆動回路１１０は、接続用電極１０４及び接続用電極１０８に対して電気的に接続されている。駆動回路１１０は、接続用電極１０４及び接続用電極１０８に電気信号を入力して、透明電極１０３と透明電極１０７との間に電界を印加する。このような駆動回路１１０は、制御部１９によって制御されている。

駆動回路１１０は、透明電極１０３と透明電極１０７との間に電気信号を入力する。これにより、透明電極１０３と透明電極１０７との間に配置された電気光学結晶１０１及び電荷注入抑制層１２１，１２３に電界が印加される。この場合、駆動回路１１０によって印加される電圧は、電気光学結晶１０１と電荷注入抑制層１２１，１２３とに分配されることになる。したがって、透明電極１０３と透明電極１０７との間に印加される電圧と電気光学結晶１０１に印加される電圧との電圧比Ｒは、電気光学結晶１０１に印加される電圧をＶ_ｘｔｌ、電荷注入抑制層１２１，１２３に印加される電圧をＶ_ａｄ、電気光学結晶１０１の比誘電率をε_ｘｔｌ、電気光学結晶１０１における入力面１０１ａから裏面１０１ｂまでの厚さをｄ_ｘｔｌ、電荷注入抑制層１２１，１２３の比誘電率をε_ａｄ、電荷注入抑制層１２１，１２３の厚さの合計をｄ_ａｄ、としたとき、以下の式（１）で表される。なお、説明の簡単のために、電荷注入抑制層１２１と電荷注入抑制層１２３とは同じ比誘電率を有する材料によって形成されていることとする。

このように、電気光学結晶１０１に印加される電圧は、電荷注入抑制層１２１，１２３の比誘電率ε_ａｄ及び厚さｄ_ａｄに依存する。本実施形態における光変調器１００は、例えば、入力光Ｌ１を１波長変調した変調光Ｌ２を出力する変調性能を有する。この場合、電荷注入抑制層１２１，１２３の比誘電率ε_ａｄは、以下のように求められる。まず、駆動回路１１０によって生じる印加電圧の最大電圧をＶ_ｓｍａｘとする。また、Ｖ_ｘｔｌを電気光学結晶１０１に、Ｖ_ａｄを電荷注入抑制層１２１，１２３にそれぞれ加えたとき、１波長変調された変調光Ｌ２が出力するものとする。このとき、Ｖ_ｘｔｌ＜Ｖ_ｘｔｌ＋Ｖ_ａｄ≦Ｖ_ｓｍａｘが成立するので、Ｖ_ｘｔｌとＶ_ｓｍａｘとの電圧比であるＶ_ｘｔｌ／Ｖ_ｓｍａｘをＲ_ｓとすると、電圧比Ｒと電圧比Ｒ_ｓとは、以下の式（２）の関係を満たす必要がある。この場合、電気光学結晶１０１に対して、入力光Ｌ１を２πラジアンだけ位相変調させるに十分な電圧を印加することができる。
Ｒ_ｓ＜Ｒ ・・・（２）

そして、式（１）と式（２）とから、電荷注入抑制層１２１，１２３の比誘電率ε_ａｄと厚さｄ_ａｄとは以下の式（３）を満たすことになる。

この式（３）から、電荷注入抑制層１２１，１２３の比誘電率が求まる。すなわち、式（３）を電荷注入抑制層１２１，１２３の比誘電率についての式に変形すると、以下の式（４）が導出される。

電荷注入抑制層１２１，１２３の比誘電率が式（４）を満たすことによって、電気光学結晶に対して、入力光Ｌ１を１波長変調させるに十分な電界を印加することができる。

また、電荷注入抑制層１２１，１２３の比誘電率ε_ａｄ、電荷注入抑制層１２１，１２３の厚さｄ_ａｄ、電気光学結晶１０１の比誘電率ε_ｘｔｌ及び電気光学結晶１０１の厚さｄ_ｘｔｌを用いて以下の式（５）に示されるパラメータｍを定義する場合、パラメータｍは、ｍ＞０．３を満たすことが好ましい。また、パラメータｍは、ｍ＞３を満たすことがより好ましい。

以上説明した光変調器１００によれば、入力光Ｌ１は光入力部１０２の透明電極１０３を透過してペロブスカイト型の電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに入力される。この入力光Ｌ１は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置された光出力部１０６を透過して出力される。この際、光入力部１０２に設けられた透明電極１０３と、光出力部１０６に設けられた透明電極１０７との間に電界が印加される。これにより、比誘電率の高い電気光学結晶１０１に電界が印加され、入力光Ｌ１が変調され得る。この光変調器１００では、透明電極１０３は、入力面１０１ａを部分的に覆っている。また、透明電極１０３の面積（μｍ^２）は、電界印加方向における電気光学結晶１０１の厚さがｄ（μｍ）である場合、２５ｄ^２以下であることが好ましい。また、透明電極１０７は、裏面１０１ｂを部分的に覆っている。透明電極１０７の面積（μｍ^２）は、電界印加方向における電気光学結晶１０１の厚さがｄ（μｍ）である場合、２５ｄ^２以下であってもよい。この場合、透明電極１０３と透明電極１０７とが対向している部分では逆圧電効果あるいは電歪効果が生じるが、その周囲では逆圧電効果あるいは電歪効果が生じない。そのため、透明電極１０３と透明電極１０７とが対向している部分の周囲がダンパーとして機能する。これにより、入力面１０１ａ及び裏面１０１ｂの全体を電極で覆う場合に比し、逆圧電効果あるいは電歪効果を抑制することができ、共振等の発生が抑制される。また、電気光学結晶内への電荷の注入を抑制する電荷注入抑制層が形成されているので、電気光学結晶内の電子の挙動を安定させることができる。したがって、安定した光変調を行うことができる。

また、透明電極１０３の面積が透明電極１０７の面積よりも小さく形成されているので、透明電極１０３と透明電極１０７との位置合わせを容易に行うことができる。

また、光入力部１０２は、透明電極１０３に電気的に接続された接続用電極１０４と、接続用電極１０４で生じる電界を遮蔽する絶縁部１０５と、を有している。また、駆動回路１１０は、接続用電極１０４を介して透明電極１０３と透明電極１０７との間に電界を印加している。このように、駆動回路１１０との接続のために接続用電極１０４を設けているので、透明電極１０３の大きさ、位置等を自由に設計することができる。この際、絶縁部１０５によって、接続用電極１０４で発生する電界が電気光学結晶１０１に影響することを抑制することができる。同様に、光出力部１０６においても、透明電極１０７の大きさ、位置等を自由に設計できる。また、接続用電極１０８で発生する電界が電気光学結晶１０１に影響することを抑制できる。

また、電気光学結晶１０１の温度を制御する温度制御素子Ｐを備えているので、電気光学結晶１０１の温度を一定の保持することができる。これにより、変調精度を更に安定させることができる。なお、温度制御素子Ｐによる温度制御は、電気光学結晶１０１のみならず、光変調器１００の全体を対象としてもよい。

［第２実施形態］
本実施形態に係る光変調器２００では、光入力部２０２が光低減部を有している点で第１実施形態の光変調器１００と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図４は、光変調器２００の概略を示す図である。光変調器２００は、電気光学結晶１０１と、光入力部２０２と、光出力部１０６と、駆動回路１１０とを備えている。図４の（ａ）では、光変調器２００の電気光学結晶１０１、光入力部２０２及び光出力部１０６を断面として示している。また、図２の（ｂ）は、光変調器２００を光入力部２０２側からみた図である。

図４に示すように、光入力部２０２は、透明電極１０３、接続用電極１０４、絶縁部１０５、電荷注入抑制層１２１、中間層１２０、中間層１２４及び光低減層２０５を含んでいる。

中間層１２４は、入力面１０１ａのうち電荷注入抑制層１２１（透明電極１０３）及び中間層１２０（絶縁部１０５）が形成された部分を除く面に形成されている。すなわち、入力面１０１ａは、電荷注入抑制層１２１、中間層１２０及び中間層１２４によって、その全面を覆われている。中間層１２４を形成する材料は、例えば中間層１２０を形成する材料と同じであってよい。

光低減層２０５は、中間層１２４上の全面に形成されている。光低減層２０５は、電気光学結晶１０１内に入力光Ｌ１が透過することを抑制する。光低減層は、例えばエポキシ系のＵＶ硬化樹脂にカーボンを分散させたブラックレジスト等の材料によって形成されている。

本実施形態において、絶縁部１０５は入力光Ｌ１を透過しない材料によって形成されている。このような材料としては、例えばエポキシ系のＵＶ硬化樹脂にカーボンを分散させたブラックレジスト等が挙げられる。このように、透明電極１０３の周囲では、光低減層２０５及び絶縁部１０５によって入力面１０１ａが覆われている。光低減層２０５及び絶縁部１０５は、透明電極１０３以外の部分から入力面１０１ａに入力される光を低減する。すなわち、光低減層２０５及び絶縁部１０５によって光低減部２０７が構成される。このような光低減部２０７を備えることにより、電気光学結晶１０１内において入力光Ｌ１が他の光と干渉等することを抑制できる。なお、光低減部２０７は、光を反射する層によって形成される反射層、光を吸収する層によって形成される吸収層、光を遮蔽する層によって形成される遮蔽層のいずれであってもよい。また、光低減層２０５及び絶縁部１０５が同じ材料によって形成される場合には、これら光低減層２０５及び絶縁部１０５を一体として形成してもよい。

［第３実施形態］
本実施形態に係る光変調器３００では、光出力部３０６の構成が第１実施形態の光変調器１００と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図５は、光変調器３００の概略を示す図である。光変調器３００は、電気光学結晶１０１と、光入力部１０２と、光出力部３０６と、駆動回路１１０とを備えている。図５では、光変調器３００の電気光学結晶１０１、光入力部１０２及び光出力部３０６を断面として示している。

光出力部３０６は、透明電極（第２電極）３０７及び電荷注入抑制層３２３を含んでいる。透明電極３０７は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂ側に配置されている。透明電極３０７は、透明電極１０３と同様に、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されて位相変調あるいはリタディーション変調された入力光Ｌ１は、変調光Ｌ２として透明電極３０７から出力され得る。本実施形態では、透明電極３０７は、裏面１０１ｂ側の全面に形成されている。

電荷注入抑制層３２３は、透明電極３０７と裏面１０１ｂとの間に形成されている。すなわち、電荷注入抑制層３２３は、裏面１０１ｂ上の全面に形成されている。電荷注入抑制層３２３は、例えば電荷注入抑制層１２３と同じ材料によって形成され得る。

駆動回路１１０は、接続用電極１０４及び透明電極３０７に対して電気的に接続されており、透明電極１０３と透明電極３０７との間に電界を印加する。

［第４実施形態］
本実施形態に係る光変調器４００では、光入力部１０２に代えて光入力部２０２を有する点で第３実施形態の光変調器３００と相違している。以下、主として第３実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図６は、光変調器４００の概略を示す図である。光変調器４００は、電気光学結晶１０１と、光入力部２０２と、光出力部３０６と、駆動回路１１０とを備えている。図６では、光変調器４００の電気光学結晶１０１、光入力部２０２及び光出力部３０６を断面として示している。

図６に示すように、光入力部２０２は、透明電極１０３、接続用電極１０４、絶縁部１０５、電荷注入抑制層１２１、中間層１２０、中間層１２４及び光低減層２０５を含んでいる。そして、第２実施形態と同様に、光低減層２０５及び絶縁部１０５によって光低減部２０７が構成される。これにより、入力面１０１ａ対して透明電極１０３以外から入力光Ｌ１が入力することを抑制することができる。なお、光低減部２０７は、光を反射する層によって形成される反射層、光を吸収する層によって形成される吸収層、及び、光を遮蔽する層によって形成される遮蔽層のいずれであってもよい。また、光低減層２０５及び絶縁部１０５が同じ材料によって形成される場合には、これら光低減層２０５及び絶縁部１０５を一体として形成してもよい。また、駆動回路１１０は、接続用電極１０４及び透明電極３０７に対して電気的に接続されており、透明電極１０３と透明電極３０７との間に電界を印加する。

［第５実施形態］
本実施形態に係る光変調器５００では、電気光学結晶５０１の形状が第１実施形態の光変調器１００と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図７は、光変調器５００の概略を示す図である。光変調器５００は、電気光学結晶５０１と、光入力部１０２と、光出力部１０６と、駆動回路１１０とを備えている。図７の（ａ）では、光変調器５００の電気光学結晶５０１、光入力部１０２及び光出力部１０６を断面として示している。また、図７の（ｂ）は、光変調器５００を光入力部１０２側からみた図であり、図７の（ｃ）は、光変調器５００を光出力部１０６側からみた図である。

図７に示すように、電気光学結晶５０１は、入力光Ｌ１が入力される入力面５０１ａと、入力面５０１ａに対向する裏面５０１ｂとを有する板状をなしている。電気光学結晶５０１は、第１実施形態の電気光学結晶１０１と同じ材料であり、例えばＫＴＮ結晶である。

本実施形態では、光入力部１０２及び光出力部１０６の形状が第１実施形態の形状と同じであるのに対して、電気光学結晶５０１の形状が第１実施形態の電気光学結晶１０１に比べてコンパクトに形成されている。これにより、透明電極１０３及び透明電極１０７は、それぞれ入力面１０１ａ側及び裏面１０１ｂ側の中央よりも一方側（図７の（ｂ）及び（ｃ）において下側）にずれて配置される。図示例では、透明電極１０３の周縁が入力面５０１ａの周縁から離間している。一方、矩形状をなす透明電極１０７の一辺１０７ａが、裏面１０１ｂの周縁に一致している。

［第６実施形態］
本実施形態に係る光変調器６００では、光入力部６０２及び光出力部６０６の構成が第１実施形態の光変調器１００と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図８は、光変調器６００の概略を示す図である。光変調器６００は、電気光学結晶１０１と、光入力部６０２と、光出力部６０６と、駆動回路１１０とを備えている。図８では、光変調器６００の電気光学結晶１０１、光入力部６０２及び光出力部６０６を断面として示している。

図８に示すように、光入力部６０２は、透明電極１０３、電荷注入抑制層１２１、中間層６２０、絶縁部６０５及び接続用透明電極６０４を含んでいる。中間層６２０は、入力面１０１ａにおける、電荷注入抑制層１２１が形成された位置を除く全面に形成されている。中間層６２０を形成する材料は、中間層１２０を形成する材料と同じであってよい。

絶縁部６０５は中間層６２０上の全面に形成されている。絶縁部６０５は、例えばＳｉＯ_２あるいはＨｆＯ_２などのような絶縁体によって形成される絶縁膜である。また、絶縁部６０５は、入力光Ｌ１を透過しない性質を更に有していてもよい。この場合、絶縁部６０５は、光低減部として機能し得る。本実施形態では、絶縁部６０５の高さは、透明電極１０３の高さと略同じに形成されている。

接続用透明電極６０４は、透明電極１０３及び絶縁部６０５の表面の全面に形成される。これにより、接続用透明電極６０４は、透明電極１０３に電気的に接続されている。入力光Ｌ１は接続用透明電極６０４側から透明電極１０３に入力される。そのため、接続用透明電極６０４は、入力光Ｌ１を透過する材料によって形成される。例えば、接続用透明電極６０４は、透明電極１０３と同様にＩＴＯによって形成されていてもよい。

光出力部６０６は、透明電極１０７、電荷注入抑制層１２３、中間層６２２、絶縁部６０９及び接続用透明電極６０８を含んでいる。中間層６２２は、裏面１０１ｂにおける、電荷注入抑制層１２３が形成された位置を除く全面に形成されている。中間層６２２を形成する材料は、中間層１２０を形成する材料と同じであってよい。

絶縁部６０９は中間層６２０上の全面に形成されている。絶縁部６０９は、例えばＳｉＯ_２あるいはＨｆＯ_２のような絶縁体によって形成される絶縁膜である。また、絶縁部６０９は、入力光Ｌ１を透過しない性質を更に有していてもよい。この場合、絶縁部６０９は、光低減部として機能し得る。本実施形態では、絶縁部６０９の高さは、透明電極１０７の高さと略同じに形成されている。

接続用透明電極６０８は、透明電極１０７及び絶縁部６０９の表面の全面に形成される。これにより、接続用透明電極６０８は、透明電極１０７に電気的に接続されている。変調光Ｌ２は、透明電極１０７から接続用透明電極６０８を介して出力される。そのため、接続用透明電極６０８は、変調光Ｌ２を透過する材料によって形成される。例えば、接続用透明電極６０８は、透明電極１０７と同様にＩＴＯによって形成されていてもよい。

駆動回路１１０は、接続用透明電極６０４及び接続用透明電極６０８に対して電気的に接続されており、透明電極１０３と透明電極１０７との間に電界を印加する。

［第７実施形態］
本実施形態に係る光変調器７００では、電気光学結晶１０１が透明基板７１３に支持されている点で第６実施形態の光変調器６００と相違している。以下、主として第６実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図９は、光変調器７００の概略を示す図である。光変調器７００は、電気光学結晶１０１と、光入力部６０２と、光出力部６０６と、駆動回路１１０とを備えている。図９では、光変調器７００の電気光学結晶１０１、光入力部６０２及び光出力部６０６を断面として示している。本実施形態における電気光学結晶１０１の光軸方向の厚さは、例えば５０μｍ以下とすることができる。

電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂ側は、変調光Ｌ２を透過する透明基板７１３に支持されている。透明基板７１３は、例えばガラス、石英、プラスティック等の材料によって、平板状に形成されている。透明基板７１３は、変調光Ｌ２が出力される出力面（第２の面）７１３ｂと、出力面７１３ｂの反対側の面であり、電気光学結晶１０１に形成された光出力部６０６に対向する入力面（第１の面）７１３ａとを有する。透明基板７１３の入力面７１３ａには、例えばＩＴＯによって形成される透明電極７１５が形成されている。透明電極７１５は、入力面７１３ａの全面に形成されている。透明電極７１５は、透明基板７１３の入力面７１３ａにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。

電気光学結晶１０１に形成された接続用透明電極６０８と、透明基板７１３に形成された透明電極７１５とは、透明接着層７１７によって互いに接着されている。透明接着層７１７は、例えばエポキシ系接着剤によって形成されており、変調光Ｌ２を透過する。透明接着層７１７内には、例えば金属球のような導電部材７１７ａが配置されている。導電部材７１７ａは、接続用透明電極６０８と透明電極７１５との両方に接触しており、接続用透明電極６０８と透明電極７１５とを電気的に互いに接続する。例えば、導電部材７１７ａは、平面視において透明接着層７１７の四隅に配置されている。

本実施形態では、透明基板７１３の入力面７１３ａ側の平面視における大きさが、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂよりも大きく形成されている。そのため、透明基板７１３に電気光学結晶１０１が支持されている状態では、透明基板７１３に形成された透明電極７１５の一部が外部に露出した露出部７１５ａとなる。駆動回路１１０は、この露出部７１５ａと接続用透明電極６０４とに電気的に接続されている。すなわち、駆動回路１１０は、透明電極７１５、導電部材７１７ａ及び接続用透明電極６０８を介して透明電極１０７に電気的に接続されるとともに、接続用透明電極６０４を介して透明電極１０３に電気的に接続される。これによって、駆動回路１１０は、透明電極１０３と透明電極１０７との間に電界を印加することができる。

このような光変調器７００では、電気光学結晶１０１の光軸方向の厚さを薄く形成することによって、位相変調もしくはリタディーション変調をより良好に行うことができる。このように電気光学結晶１０１が薄く形成された場合には、電気光学結晶１０１が外部からの衝撃等によって損傷する虞がある。本実施形態では、電気光学結晶１０１が透明基板７１３に支持されることによって、外部の衝撃等から電気光学結晶１０１を保護している。

［第８実施形態］
本実施形態に係る光変調器８００では、反射型の光変調器である点において第１実施形態の光変調器１００と相違している。反射型の光変調器を用いる場合には、入力光Ｌ１を光変調器に導光するとともに、光変調器で変調された変調光Ｌ２を第１の光学系１４に導光するビームスプリッタ等の光学素子を用いることができる。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図１０は、光変調器８００の概略を示す図である。光変調器８００は、入力光Ｌ１を変調し、変調された変調光Ｌ２を出力する反射型光変調器であり、図１０に示すように、電気光学結晶１０１と、光入出力部（第１光学要素）８０２と、光反射部（第２光学要素）８０６と、駆動回路１１０とを備えている。なお、図１０のでは、光変調器８００の電気光学結晶１０１、光入出力部８０２及び光反射部８０６を断面として示している。本実施形態における電気光学結晶１０１の光軸方向の厚さは、例えば５０μｍ以下とすることができる。

電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂ側は、基板８１３に支持されている。基板８１３は、平板状に形成されている。基板８１３は、電気光学結晶１０１に接合された光反射部８０６に対向する第１の面８１３ａと、第１の面８１３ａの反対側の面である第２の面８１３ｂとを有する。基板８１３の第１の面８１３ａには、電極８１５が形成されている。電極８１５は、第１の面８１３ａの全面に形成されている。

光入出力部８０２は、透明電極（第１電極）８０３、電荷注入抑制層１２１、中間層６２０、接続用電極（第３電極）１０４、絶縁部１０５及び光低減層２０５を含んでいる。透明電極８０３は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａ側に配置されている。透明電極８０３は、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、入力光Ｌ１は、透明電極８０３を透過して電気光学結晶１０１内に入力される。本実施形態では、透明電極８０３は、入力面１０１ａ側の中央の一か所に形成されており、入力面１０１ａを部分的に覆っている。透明電極８０３の面積（μｍ^２）は、電界印加方向における電気光学結晶１０１の厚さがｄ（μｍ）であった場合、２５ｄ^２以下であってもよい。透明電極８０３は、例えば平面視矩形状をなしている。すなわち、透明電極８０３は、入力面１０１ａの周縁から離間している。このような透明電極８０３は、例えば、マスクパターンを用いて電気光学結晶１０１の入力面１０１ａにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。

電荷注入抑制層１２１は、透明電極８０３と入力面１０１ａとの間に形成されている。電荷注入抑制層１２１は、例えば、透明電極８０３と同じ大きさであり、平面視矩形状をなしている。

光反射部８０６は、透明電極（第２電極）８０７、電荷注入抑制層１２３、中間層６２２、接続用電極（第４電極）１０８、絶縁部１０９及び誘電体多層膜８０９を含んでいる。透明電極８０７は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂ側に配置されている。本実施形態では、透明電極８０７は、裏面１０１ｂ側の中央の一か所に形成されており、裏面１０１ｂを部分的に覆っている。透明電極８０７の面積（μｍ^２）は、電界印加方向における電気光学結晶１０１の厚さがｄ（μｍ単位）であった場合、２５ｄ^２以下であってもよい。透明電極８０７は、例えば平面視矩形状をなしている。すなわち、透明電極８０７は、裏面１０１ｂの周縁から離間している。透明電極８０７は、透明電極８０３と同様に、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されて位相変調もしくはリタディーション変調された入力光Ｌ１は、変調光Ｌ２として透明電極８０７を透過し得る。本実施形態では、光を効率的に反射させることができる誘電体多層膜８０９が透明電極８０７に設けられた接続用電極１０８の表面に設けられている。この場合、接続用電極１０８は透明電極である。接続用電極１０８及び誘電体多層膜８０９は、透明電極８０７を透過した変調光Ｌ２を入力面１０１ａに形成された透明電極８０３に向けて反射する。誘電体多層膜８０９は、例えば高屈折率物質(Ｔａ_２Ｏ_５)及び低屈折率物質(ＳｉＯ_２)等の材料を透明電極８０７の表面に蒸着することによって形成され得る。また、接続用電極１０８を反射電極として、変調光Ｌ２を反射することも可能である。この場合、誘電体多層膜８０９は不要である。

電荷注入抑制層１２３は、透明電極８０７と裏面１０１ｂとの間に形成されている。電荷注入抑制層１２３は、例えば、透明電極８０７と同じ大きさであり、平面視矩形状をなしている。

電気光学結晶１０１に形成された接続用電極１０８と、基板８１３に形成された電極８１５とは、接着層８１７によって互いに接着されている。接着層８１７は、例えばエポキシ系接着剤によって形成されている。接着層８１７内には、例えば金属球のような導電部材８１７ａが配置されている。導電部材８１７ａは、接続用電極１０８と電極８１５との両方に接触しており、接続用電極１０８と電極８１５とを電気的に互いに接続する。例えば、導電部材８１７ａは、平面視において接着層８１７の四隅に配置されている。また、電極８１５は、その一部が外部に露出した露出部８１５ａを有している。駆動回路１１０は、この露出部８１５ａと接続用電極１０４とに電気的に接続されている。

また、光軸方向からみた場合、透明電極８０７の面積は、透明電極８０３よりも小さく形成されている。そして、透明電極８０７の中心と、透明電極８０３の中心とは、光軸方向において略一致している。この場合、例えば、入力光Ｌ１が誘電体多層膜８０９の反射面に対して傾斜している場合であっても、反射した変調光Ｌ２が透明電極８０３を通過しやすい。また、図１０に示されるように、誘電体多層膜８０９の反射面にビームウエストを合わせる場合であっても、入力光Ｌ１及び変調光Ｌ２が透明電極８０３を通過しやすい。また、本実施形態では、電気光学結晶１０１が基板８１３に支持されることによって、第７実施形態と同様に、外部の衝撃等から電気光学結晶１０１を保護している。

［第９実施形態］
本実施形態に係る光変調器９００では、光出力部１０６に変えて光出力部９０６を有する点で第1実施形態の光変調器１００と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図１１は、光変調器９００の概略を示す図である。光変調器９００は、電気光学結晶１０１と、光入力部１０２と、光出力部９０６と、駆動回路１１０とを備えている。図１１の（ａ）では、光変調器９００の電気光学結晶１０１、光入力部１０２及び光出力部９０６を断面として示している。また、図１１の（ｂ）は、光変調器９００を光入力部１０２側からみた図であり、図１１の（ｃ）は、光変調器９００を光出力部９０６側からみた図である。

光出力部９０６は、透明電極１０７、電荷注入抑制層１２３、接続用電極９０８、中間層９２２及び絶縁部９０９を含んでいる。接続用電極９０８は、第１実施形態における接続用電極１０８と同様に透明電極１０７及び駆動回路１１０に接続されている。中間層９２２は、第１実施形態における中間層１２２と同様に裏面１０１ｂ上に配置されている。絶縁部９０９は、第１実施形態における絶縁部１０９と同様に中間層９２２上に形成されており、中間層９２２と接続用電極９０８との間に配置されている。

入力面１０１ａにおける接続用電極１０４、絶縁部１０５及び中間層１２０が配置される位置と、裏面１０１ｂにおける接続用電極９０８、絶縁部９０９及び中間層１２２が配置される位置とは、光軸に沿った方向から見て、透明電極１０３及び透明電極１０７に対して互いに逆方向となっている。そのため、接続用電極１０４、絶縁部１０５及び中間層１２０と、接続用電極９０８、絶縁部９０９及び中間層１２２とは、光軸に沿った方向からみたときに互いにずれており、電気光学結晶１０１を挟んで重ならないように配置されている。このような光変調器９００よれば、絶縁部の効果をより高めることができる。なお、絶縁部１０５、９０９は必ずしも必要ではない。

［第１０実施形態］
本実施形態に係る光変調器１０００では、更に透明基板１２５，１２６を備える点で第1実施形態の光変調器１００と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図１２は、光変調器１０００の概略を示す図である。光変調器１０００は、電気光学結晶１０１と、光入力部１０２と、光出力部１０６と、駆動回路１１０と、透明基板１２５と、透明基板１２６とを備えている。

透明基板１２５は、例えばガラス、石英、プラスティック等の材料によって、平板状に形成されている。透明基板１２５は、入力光Ｌ１が入力される入力面１２５ａと、入力面１２５ａの反対側の面であり、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに対向する出力面１２５ｂとを有する。出力面１２５ｂには、透明電極１０３が形成されるとともに、接続用電極１０４が形成されている。透明基板１２５は、光軸方向に交差する一方向において、電気光学結晶１０１の端縁よりも突出している。これにより、本実施形態では、透明基板１２５に形成された接続用電極１０４の一部が外部に露出した露出部１０４ｄとなる。駆動回路１１０は、この露出部１０４ｄに電気的に接続されている。

透明基板１２６は、例えばガラス、石英、プラスティック等の材料によって、平板状に形成されている。透明基板１２６は、変調光Ｌ２が出力される出力面１２６ａと、出力面１２６ａの反対側の面であり、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに対向する入力面１２６ｂとを有する。入力面１２６ｂには、透明電極１０７が形成されるとともに、接続用電極１０８が形成されている。透明基板１２６は、光軸方向に交差する一方向において、電気光学結晶１０１の端縁よりも突出している。これにより、本実施形態では、透明基板１２６に形成された接続用電極１０８の一部が外部に露出した露出部１０８ｄとなる。駆動回路１１０は、この露出部１０８ｄに電気的に接続されている。すなわち、駆動回路１１０は、接続用電極１０４を介して透明電極１０３に電気的に接続されるとともに、接続用電極１０８を介して透明電極１０７に電気的に接続される。

以上説明した第２実施形態乃至第１０実施形態においても、第１実施形態と同様に、共振等の発生が抑制され、安定した光変調を行うことができる。

以上、実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態では、光変調器を備えた光観察装置１Ａを例示したが、これに限定されない。例えば、光変調器１００は、光照射装置１Ｂに搭載されてもよい。図１３は、光照射装置の構成を示すブロック図である。光照射装置１Ｂは、光源１１と、集光レンズ１２と、光変調器１００と、第１の光学系１４と、コンピュータ２０及びコントローラ２１を含む制御部と、を有する。この構成では、光変調器１００から出力された変調光Ｌ２は、第１の光学系１４によって試料Ｓに照射される。

上記第１実施形態乃至第７実施形態、第９実施形態及び第１０実施形態では、光入力部から入力光Ｌ１が入力され、光出力部から変調光Ｌ２が出力される使用例を示したが、これに限定されない。例えば、光変調器の光出力部から入力光Ｌ１を入力し、光入力部から変調光Ｌ２を出力してもよい。このような使用方法では、例えば透明電極１０３が第２電極に相当し、第２電極よりも大きな面積を有する透明電極１０７が第１電極に相当する。また、この場合、例えば光変調器２００においては、入力光Ｌ１が入力される側である光出力部１０６に光低減部を形成してもよい。

また、第８実施形態では、透明電極８０７の表面に形成された誘電体多層膜８０９によって光を反射する構成を例示したがこれに限定されない。例えば、透明電極８０７に代えて光を反射することができる電極を用いることによって、電極で入力光を反射してもよい。例えば、アルミニウムによって形成された電極によって、入力光を反射してもよい。このような構成によれば、第２電極側に別途反射層等を設ける必要がない。

また、上記の各実施形態における構成を部分的に組み合わせ、又は置き換えてもよい。例えば、第２実施形態乃至第８実施形態において、電気光学結晶等は、第１実施形態における電気光学結晶１０１と同様に温度制御素子Ｐによって温度制御されてもよい。

１Ａ…光観察装置、１Ｂ…光照射装置、１００…光変調器、１０１…電気光学結晶、１０１ａ…入力面、１０１ｂ…裏面、１０２…光入力部（第１光学要素）、１０３…透明電極（第１電極）、１０４…接続用電極（第３電極）、１０５…絶縁部、１０６…光出力部（第２光学要素）、１０７…透明電極（第２電極）、１１０…駆動回路、２０７…光低減部、８０９…誘電体多層膜、Ｌ１…入力光、Ｌ２…変調光、Ｐ…温度制御素子。

Claims (19)

1. 入力光を変調し、変調された変調光を出力する光変調器であって、
   前記入力光が入力される入力面と、前記入力面に対向する裏面とを有し、比誘電率が１０００以上であるペロブスカイト型の電気光学結晶と、
   前記電気光学結晶の前記入力面に配置され、前記入力光を透過する第１電極を有する第１光学要素と、
   前記電気光学結晶の前記裏面に配置され、前記入力光を透過する第２電極を有する第２光学要素と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、を備え、
   前記第１電極は、前記入力面側に単体で配置され、
   前記第２電極は、前記裏面側に単体で配置され、
   前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記入力面又は前記裏面を部分的に覆っており、
   前記電気光学結晶中における、前記入力光の伝播方向と前記電界の印加方向が平行であり、
   前記第１光学要素及び前記第２光学要素の少なくとも一方は、前記電気光学結晶内への電荷の注入を抑制する電荷注入抑制層を含んでいる、光変調器。
2. 前記第２光学要素に対向する第１の面と、前記第１の面の反対側の面である第２の面とを有する透明基板を更に備え、
   前記透明基板は、前記第２光学要素を透過した前記入力光を出力する、請求項１に記載の光変調器。
3. 入力光を変調し、変調された変調光を出力する光変調器であって、
   前記入力光が入力される入力面と、前記入力面に対向する裏面とを有し、比誘電率が１０００以上であるペロブスカイト型の電気光学結晶と、
   前記電気光学結晶の前記入力面に配置され、前記入力光を透過する第１電極を有する第１光学要素と、
   前記電気光学結晶の前記裏面に配置される第２電極を有し、前記入力光を前記入力面に向けて反射する第２光学要素と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、を備え、
   前記第１電極は、前記入力面側に単体で配置され、
   前記第２電極は、前記裏面側に単体で配置され、
   前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記入力面又は前記裏面を部分的に覆っており、
   前記電気光学結晶中における、前記入力光の伝播方向と前記電界の印加方向が平行であり、
   前記入力面と前記第１電極との間、及び、前記裏面と前記第２電極との間の少なくとも一方には、前記電気光学結晶内への電荷の注入を抑制する電荷注入抑制層が形成されている、光変調器。
4. 前記第２光学要素と対向する第１の面を有する基板を更に備える、請求項３に記載の光変調器。
5. 前記電荷注入抑制層は、前記入力面と前記第１電極との間、及び、前記裏面と前記第２電極との間のそれぞれに形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光変調器。
6. 前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方の面積（μｍ^２）は、前記電気光学結晶の電界印加方向における前記電気光学結晶の厚さ（μｍ）をｄとした場合、２５ｄ^２以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光変調器。
7. 前記第１電極の面積は、前記第２電極の面積よりも大きい又は小さい、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光変調器。
8. 前記第１電極に電気的に接続された第３電極と前記第２電極に電気的に接続された第４電極を更に備え、前記第３電極と前記第４電極は前記電気光学結晶を挟んで重ならないように配置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光変調器。
9. 前記第１光学要素は、
   前記第１電極に電気的に接続された第３電極と、
   前記第３電極と前記入力面との間に配置され、前記第３電極で生じる電界を遮蔽する絶縁部と、を有し、
   前記駆動回路は、前記第３電極を介して前記第１電極に電界を印加する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光変調器。
10. 前記第１光学要素は、前記第１電極の周囲において前記入力面を覆い、前記第１電極の周囲から前記入力面に入力される光を低減する光低減部を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光変調器。
11. 前記光低減部は、前記光を反射する反射層である、請求項１０に記載の光変調器。
12. 前記光低減部は、前記光を吸収する吸収層である、請求項１０に記載の光変調器。
13. 前記光低減部は、前記光を遮蔽する遮蔽層である、請求項１０に記載の光変調器。
14. 前記第２電極には前記入力光を反射する誘電体多層膜が設けられる、請求項３又は４に記載の光変調器。
15. 前記第２電極は前記入力光を反射する、請求項３又は４に記載の光変調器。
16. 前記電気光学結晶は、ＫＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１）結晶、Ｋ_１-ｙＬｉ_ｙＴａ_１-ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶、又はＰＬＺＴ結晶である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光変調器。
17. 前記電気光学結晶の温度を制御する温度制御素子をさらに備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光変調器。
18. 前記入力光を出力する光源と、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光変調器と、前記光変調器から出力された変調光を対象物に照射する光学系と、前記対象物から出力された光を検出する光検出器と、を有する、光観察装置。
19. 前記入力光を出力する光源と、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光変調器と、前記光変調器から出力された変調光を対象物に照射する光学系と、を有する、光照射装置。

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