KR20080007372A - 전기 광학 소자 - Google Patents

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KR20080007372A
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코우이치로 나카무라
카즈오 후지우라
타다유키 이마이
준 미야즈
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니폰덴신뎅와 가부시키가이샤
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Abstract

빔의 편향을 효율적으로 크게 할 수가 있고, 간편한 구성으로 이루어지는 전기 광학 소자를 제공한다. 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정(11)과, 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정극(12)과 부극(13)으로 이루어지는 전극쌍과, 전기 광학 결정의 내부에 공간 전하를 발생시키도록 전극쌍의 사이에 전압을 인가하는 전원을 구비한다. 이러한 구성에 의해, 단순한 구조를 이용하여, 편향각의 시간 변화가 빠르고, 종래의 전기 광학 결정 프리즘에서는 실현할 수 없었던 크기의 편향각을 낮은 인가 전압으로 얻을 수 있다.
빔, 편향, 전기 광학 소자, 전기 광학 결정, 전극쌍

Description

전기 광학 소자{ELECTRO-OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 전기 광학 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 광학 결정의 전계를 제어함으로써 결정의 굴절률을 변화시켜, 광의 진행 방향을 바꾸거나 광의 위상을 바꿀 수가 있는 전기 광학 소자에 관한 것이다.
현재, 프로젝터(projector)를 시작으로 하는 영상 기기, 레이저 프린터(laser printer), 고분해능인 공초점 현미경, 바코드 리더(barcode reader) 등에 있어서, 레이저광을 편향하기 위한 광제어 소자에 대한 요구가 높아지고 있다. 광을 편향하는 기술로서 다각형 미러(polygon mirror)를 회전시키는 기술, 갈바노 미러(galvano mirror)에 의해 광의 편향 방향을 제어하는 기술, 음향 광학 효과를 이용한 광회절 기술, MEMS(Micro Electro Mechanical System)로 불리는 마이크로머신(micromachine) 기술이 제안되어 있다.
다각형 미러(polygon mirror)는 다면체의 형상을 가지는 미러(mirror)를 기계적으로 회전시키고, 레이저광의 반사 방향을 연속적으로 변화시켜 광을 편향시킨다. 다각형 미러를 이용한 방법은 기계적인 회전을 이용하고 있기 때문에 회전 속도에 제한이 있다. 즉, 다각형 미러는 10000rpm 이상의 회전수를 얻는 것은 곤란하게 되어 있고, 고속 동작이 필요한 응용에는 적합하지 않다고 하는 결점이 있었다. 다각형 미러를 이용한 방법이 레이저 프린터(laser printer)의 레이저광의 편향에 이용되고 있다. 그러나, 다각형 미러의 회전 속도의 제한은, 프린터(printer)의 인쇄 속도의 고속화에 있어서 보틀넥(bottleneck)으로 되고 있다. 프린터의 인쇄 속도를 더 향상시키기 위해서는 보다 고속의 광편향 기술이 요구된다.
갈바노 미러(galvano mirror)는 레이저광을 편향 주사하는 레이저 스캐너(laser scanner) 등에 이용되고 있다. 종래의 실용적인 갈바노 미러는 예를 들면, 자계 중에 배치하는 가동 코일 대신으로 되는 가동 철편과, 그 주위에 2개의 영구 자석과 4개의 자극을 설치한 자성체에 의해 구성된 자로를 가진다. 이 자성체에 돌려 감은 구동 코일에 흐르게 하는 전류의 대소 및 방향에 의해, 자극 간의 자속을 변화시킴으로써, 가동 철편을 통하여 반사경을 요동시키고, 레이저광을 편향 주사한다. 갈바노 미러를 이용한 방법은 다각형 미러보다 고속의 동작이 가능하다. 그러나, 종래의 갈바노 미러는, 구동 코일이 기계 감기(machine winding) 등에 의해 제공되기 때문에 소형화하는 것이 어렵다. 따라서, 갈바노 미러를 이용한 레이저 스캐닝 시스템, 및 이 시스템을 이용하는 레이저 응용 기기의 더 한층의 소형화가 어렵다. 또, 소비 전력이 크다고 하는 결점이 있다. 또한, MHz 단위의 주기로 고속 동작시킬 수가 없다고 하는 결점도 있다.
음향 광학 효과를 이용한 광회절형의 광 편향기가 실용화되어 있다. 그러나, 이 광회절형의 광 편향기를 이용한 방법은 소비 전력이 크고 소형화가 곤란하다. 또, 큰 편향각을 얻거나 고속 동작을 하는 것이 어렵다고 하는 결점이 있다. 또, MEMS를 이용한 방법은, 광편향 소자로서 미세한 미러(mirror)를 정전적으로 구동하 기 때문에 수십μsec의 응답이 한계이다.
종래, 전기 광학 결정을 이용한 여러가지 광기능 부품이 실용화되어 있다. 이들 광기능 부품은, 전기 광학 결정에 전압을 인가하면, 전기 광학 효과에 의해 결정의 굴절률이 변화하는 것을 이용하고 있다. 그래서, 상기의 과제를 해결하는 수단으로서 전기 광학 결정의 전극에 전압을 인가하여, 전기 광학 효과에 의해 빔(beam)을 편향시키는 기술이 개발되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또, 프리즘(prism) 형상으로 가공한 전기 광학 결정, 또는 프리즘 형상의 전극이 형성된 전기 광학 결정을 이용하여 빔을 편향시키는 기술이 개발되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 전기 광학 결정의 전극에 전압을 인가하면, 전기 광학 효과에 의해 굴절률을 변화시킬 수가 있다. 프리즘 형상으로 제작한 전극을 이용하는 방법은, 전기 광학 결정 내에 굴절률이 변화하고 있는 영역과, 전압이 인가되고 있지 않고 굴절률이 변화하고 있지 않은 영역을 만들어 낸다. 이들 2개의 영역의 경계로 할 수 있는 굴절률 차에 의해 빔이 편향되고, 편향각을 얻는다.
전기 광학 결정을 이용한 방법은, 전기 광학 효과의 속도 한계까지 응답 가능하고, GHz를 넘는 응답이 가능하게 된다. 지금까지, 전기 광학 결정을 이용한 광편향 소자로서 LiNbO3(이하, LN 결정이라고 한다), PLZT를 이용한 보고가 있다. 그렇지만, LN 결정을 이용한 소자에서는, 전기 광학 효과가 작기 때문에, 5kV/mm 정도의 전압을 인가해도 3mrad 정도의 편향각 밖에 얻어지지 않는다고 하는 결점이 있다. 또한, PLZT를 이용한 소자에 있어서도, 20kV/mm의 인가 전계에 대해서 45mrad 정도의 편향각이 한계이다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).
그렇지만, 종래의 방법에서는, 개개의 프리즘 영역의 전기 광학 효과에 의한 굴절률 변화는 작고, 그 굴절률 변화에 의한 편향각도 작다. 따라서, 종래의 방법에 있어서 큰 편향각을 얻기 위해서는, 복수의 프리즘을 배치할 필요가 있었다. 그렇지만, 복수의 프리즘을 배치한 경우, 광이 큰 입사각으로 프리즘에 입사하면, 소망의 해상도가 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다.
한편, 전기 광학 결정을 이용한 광위상 변조기는, 결정의 굴절률의 변화에 의해, 결정을 통과하는 광의 속도를 변화시켜 광의 위상을 변화시킨다. 또, 전기 광학 결정을, 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계, 마이켈슨(Michelson) 간섭계의 일방의 광도파로에 설치하면, 결정에 인가하는 전압에 따라, 간섭계의 출력의 광강도가 변화한다. 이들 간섭계는 광스위치, 광변조기로서 이용할 수가 있다.
도 1에 종래의 전기 광학 결정을 이용한 광위상 변조기의 구성을 나타낸다. 광위상 변조기는, 사각형의 전기 광학 결정(1)의 대향하는 면에, 정극(positive electrode)(2)과 부극(negative electrode)(3)이 형성되어 있다. 전기 광학 결정(1)의 결정축 x, y, z를 도 1에 나타낸 것처럼 규정한다. 전기 광학 효과에 의한 굴절률의 변화는 1차의 포켈스(Pockels) 효과, 및 2차의 커(Kerr) 효과에 의해 주어진다. 2차의 커(Kerr) 효과의 경우, 수직 편광에 대한, 즉 도 1의 x축 방향에 대한 광의 편광 방향에 대한 전기 광학 상수는 s11이고, 정극(2)과 부극(3)의 사이에 전압 V를 인가했을 때의 위상의 변화는 다음 식으로 주어진다.
Figure 112007082809604-PCT00001
　
여기서, n은 전기 광학 결정(1)의 굴절률, L은 광의 전반(propagation) 방향, 즉 도 1의 z축 방향의 전기 광학 결정(1)의 길이, λ는 광의 파장, d는 정극(2)과 부극(3)의 간격이다. 수평 편광에 대한, 즉 도 1의 y축 방향에 대한 광의 편광 방향에 대한 전기 광학 상수는 s12이고, 정극(2)과 부극(3)의 사이에 전압 V를 인가했을 때의 위상의 변화는 다음 식으로 주어진다.
광위상 변조기의 효율을 나타내는 지수로서 반파장 전압이 이용되고 있다. 반파장 전압은 광의 위상을 π라디안(radian)만큼 변화시키는데 필요한 전압이고, 다음 식으로 주어진다.　
Figure 112007082809604-PCT00003
다음에, 광위상 변조기와 편광자 및 검광자를 조합한 광강도 변조기에 대해서 설명한다. 도 2a 및 2b에 종래의 광강도 변조기의 구성을 나타낸다. 도 2a에 나타낸 것처럼, 전기 광학 결정(1)은 대향하는 면에 정극(2)과 부극(3)이 형성되어 있다. 전기 광학 결정(1)의 입사측에 편광자(4)를 배치하고, 출사측에 검광자(5)를 배치한다. 편광자(4)를 통과한 광의 전계 성분 중, x축에 평행한 성분을 Ex, y축에 평행한 성분을 Ey라고 한다. 편광자(4)의 편광각이 전기 광학 결정(1)의 x축에 대 해 45도인 경우에는 Ex=Ey이다.
정극(2)과 부극(3)의 사이에 전압 V를 인가했을 때의 Ex 및 Ey의 위상의 변화는 각각 식 (1), (2)로 주어진다. 검광자(5)의 편광각이 전기 광학 결정(1)의 x축에 대해 45도인 경우, 검광자(5)를 통과한 출사광의 강도는 다음 식으로 주어진다.
Figure 112007082809604-PCT00004
　
Ex와 Ey가 동일한 경우에는,　
Figure 112007082809604-PCT00005
로서 다음 식으로 주어진다.　
Figure 112007082809604-PCT00006
이와 같이 하여, 도 2b에 나타낸 것처럼, 전압 V에 따라, 검광자(5)를 통과한 출사광의 강도를 0%∼100%의 사이에서 변조할 수가 있다. 광강도 변조기의 효율을 나타내는 지수로서, 출사광의 강도를 0%에서 100%로 변화시키는 반파장 전압으 로서, 다음 식과 같이 나타낸다.
Figure 112007082809604-PCT00007
　
그렇지만, 종래의 전기 광학 결정에서는, 전기 광학 상수가 작고, 실용적인 광위상 변조기, 광강도 변조기를 구성하기 위해서는, 반파장 전압이 kV 오더(order)로 되어 버린다. kV 오더의 전압을 고속으로 변조하는 것은, 구동 회로에 큰 부하가 걸리고, 장치의 대형화를 피할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 또, kV 오더(order)의 전압을 고속으로 변조하면, 고주파 노이즈(noise)가 생기고, 주변 기기에의 노이즈의 혼입이라고 하는 문제도 생겼다.
본 발명의 목적은, 빔(beam)의 편향을 효율적으로 크게 할 수가 있고, 간편한 구성으로 이루어지는 전기 광학 소자를 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 목적은, 광의 위상 변조를 효율적으로 할 수가 있고, 간편한 구성으로 이루어지는 전기 광학 소자를 제공하는 것에 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 1998－239717호 공보
특허문헌 2: 일본 특허공개 1997－159950호 공보
비특허문헌 1: 스가마 아키오 외 5명, 「EO 도파로 편향 형광 스위치의 개발」, 전자정보통신학회신학기보, 사단법인 전자정보통신학회, 2004년 10월, PN 2004－59, p.61－64
비특허문헌 2: Toshihiro Itoh, Masahiro Sasaura, Seiji Toyoda, Katsuemanabe, Koichiro Nakamura and Kazuo Fujiura, "High-frequency response of electro-optic single crystal KTaxNb1-xO3 in paraelectric phase," in Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science and Photonic Applications, Systems and Technologies 2005(Optical Society of America, Washington, DC, 2005), JTuC36
비특허문헌 3: P. S. chen, et al., "Light Modulation and Beam Deflection with Potassium Tantalate-Niobate Crystals," Journal of Applied Physics, 1966, Vol.37, no.1, pp.388-398
본 발명의 전기 광학 소자에 있어서, 전기 광학 결정에 전압을 인가함으로써, 전기 광학 결정의 내부에 공간 전하를 발생시키고, 입사하는 빔의 광축에 대해서 수직인 단면에 전계의 경사를 발생시킨다. 이 전계의 경사를 제어함으로써, 광 편향기의 빔의 편향을 크게 할 수가 있다. 또, 빔의 편향을 작게, 또 수직 편광과 수평 편광의 사이에서 쉬프트 각(angle of shifting)을 작게 함으로써, 광위상 변조기의 광의 위상 변조를 효율적으로 할 수가 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 태양은, 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과, 상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정극과 부극으로 이루어지는 전극쌍과, 상기 전기 광학 결정의 내부에 공간 전하를 발생시키도록 상기 전극쌍의 사이에 전압을 인가하는 전원을 구비한 전기 광학 소자이다.　
본 발명의 다른 실시 태양은, 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과, 상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어(carrier)에 대해서 오믹(ohmic) 접촉으로 되는 재료로 이루어지고, 상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정극과 부극으로 이루어지는 전극쌍을 구비한 빔(beam) 편향기이다.
본 발명의 또 다른 실시 태양은, 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과, 당해 전기 광학 결정의 입사측의 광축 상에 배치된 편광자와, 상기 전기 광학 결정의 출사측의 광축 상에 배치된 검광자와, 상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어(carrier)에 대해서 쇼트키(Schottky) 접촉으로 되는 재료로 이루어지고, 상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정극과 부극으로 이루어지는 전극쌍을 구비한 광강도 변조기이다.
도 1은 종래의 전기 광학 결정을 이용한 광위상 변조기의 구성을 나타내는 도이다.
도 2a는 종래의 광강도 변조기의 구성을 나타내는 도이다.
도 2b는 종래의 광강도 변조기의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 전극 재료 Pt의 광강도 변조기의 동작 특성을 나타내는 도이다.
도 4는 전극 재료 Ti의 광강도 변조기의 동작 특성을 나타내는 도이다.
도 5는 광강도 변조기에 있어서 굴절률의 변화에 경사가 생긴 경우를 나타내는 도이다.
도 6a는 결정 내부의 전하에 의한 전계 경사의 발생 원리를 나타내는 도이 다.
도 6b는 결정 내부의 전하에 의한 전계 경사의 발생 원리를 나타내는 도이다.
도 7은 전계 경사에 의한 광의 편향의 원리를 나타내는 도이다.
도 8은 x0과 전계 E의 공간 분포의 관계를 나타내는 도이다.
도 9는 커(Kerr) 효과에 의한 굴절률 변화 Δn의 분포를 나타내는 도이다.
도 10은 전극 재료의 일함수와 편향각의 관계를 나타내는 도이다.
도 11은 전극 재료의 일함수와 쉬프트 각(angle of shifting)의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는 전기 광학 결정의 비유전율과 편향각의 관계를 나타내는 도이다.
도 13은 인가 전계를 변화시켰을 때의 편향각의 비유전율 의존성을 나타내는 도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 전기 광학 소자의 편향각과 종래의 프리즘(prism)의 편향각을 나타내는 도이다.
도 15는 본 발명의 실시예 1에 관계되는 평행 평판 전극형 전기 광학 소자를 나타내는 도이다.
도 16은 편향된 빔(beam)의 편향각과 인가 전압의 관계를 나타내는 도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 1에 관계되는 전기 광학 결정 중을 흐르는 전류와 인가 전압의 관계를 나타내는 도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 2에 관계되는 수평 전극형 전기 광학 소자를 나타내는 도이다.
도 19는 본 발명의 실시예 2에 관계되는 KLTN 결정 중을 흐르는 전류와 인가 전압의 관계를 나타내는 도이다.
도 20은 본 발명의 실시예 3에 관계되는 광빔 편향기를 나타내는 도이다.
도 21은 본 발명의 실시예 3에 관계되는 광빔 편향기의 굴절률 변화량의 분포를 나타내는 도이다.
도 22는 본 발명의 실시예 4에 관계되는 광강도 변조기의 구성을 나타내는 도이다.
도 23a는 본 발명의 실시예 5에 관계되는 빔 편향기의 구성을 나타내는 도이다.
도 23b는 실시예 5에 관계되는 빔 편향기의 빔의 전반(propagation) 경로를 나타내는 도이다.
도 24는 실시예 5에 관계되는 빔 편향기의 인가 전압과 편향각의 관계를 나타내는 도이다.
도 25a는 본 발명의 실시예 6에 관계되는 빔 편향기의 구성을 나타내는 도이다.
도 25b는 실시예 6에 관계되는 빔 편향기의 빔의 전반 경로를 나타내는 도이다.
도 26은 본 발명의 실시예 7에 관계되는 빔 편향기의 구성을 나타내는 도이 다.
도 27은 본 발명의 실시예 8에 관계되는 2차원 빔 편향기의 구성을 나타내는 도이다.
도 28은 본 발명의 실시예 9에 관계되는 2차원 빔 편향기의 구성을 나타내는 도이다.
도 29a는 본 발명의 실시예 10에 관계되는 2차원 빔 편향기의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 29b는 본 발명의 실시예 10에 관계되는 2차원 빔 편향기의 구성을 나타내는 상면도이다.
도 29c는 본 발명의 실시예 10에 관계되는 2차원 빔 편향기의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 30은 본 발명의 실시예 11에 관계되는 광 픽업(pickup) 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 31a는 본 발명의 실시예 12에 관계되는 레이저 프린터(laser printer)의 구성을 나타내는 도이다.
도 31b는 비교를 위해서 종래의 레이저 프린터의 구성을 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
(전기 광학 결정의 재료)
빔(beam)의 편향을 효율적으로 크게, 그리고 위상 변조를 효율적으로 하기 위해서는, 1차의 전기 광학 상수인 포켈스(Pockels) 상수(rij), 또는 2차의 전기 광학 상수인 커(Kerr) 상수(sij)가 큰 전기 광학 결정을 이용하는 것이 바람직하다. 그러한 전기 광학 상수가 큰 전기 광학 결정으로서는 예를 들면, 큰 포켈스(Pockels) 상수(rij)를 가지는 강유전상(强誘電相)의 KLTN 결정, 큰 커(Kerr) 상수(sij)를 가지는 상유전상(常誘電相)의 KLTN 결정을 들 수 있다. KLTN 결정이라는 것은 K1 - yLiyTa1 -xNbxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1)으로 이루어지는 결정이다.
그 외에 전기 광학 상수가 큰 전기 광학 결정으로서는, LiNbO3(이하, LN이라고 한다), LiTaO3, LiIO3, KNbO3, KTiOPO4, BaTiO3, SrTiO3, Ba1 -xSrxTiO3(0＜x＜1), Ba1-xSrxNb2O6(0＜x＜1), Sr0 .75Ba0 .25Nb2O6, Pb1 - yLayTi1 -xZrxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, KH2PO4, KD2PO4, (NH4)H2PO4, BaB2O4, LiB3O5, CsLiB6O10, GaAs, CdTe, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, 및 ZnO의 전기 광학 결정을 들 수 있다.
도 2b에 나타낸 광강도 변조기의 전기 광학 결정(1)으로서 KLTN 결정을 이용한 경우에 대해서 설명한다. KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정(1)을, 세로 6mm(z축)×가로 5mm(y축)×두께 0.5mm(x축)로 잘라내고, 세로 5mm×가로 4mm의 전극을 대향하는 면에 장착한다. KLTN 결정에 있어서 전기 전도에 기여하는 캐리어(carrier)는 전자이다. 전극 재료는 Pt, Ti의 2종류를 준비한다. KLTN 결정은, 입방정(立方晶)으로부터 정방정(正方晶)에의 상전이 부근에 있어서, 큰 전기 광학 상수를 가진다. KLTN 결정의 상전이 온도는 55℃이고, 전기 광학 결정(1)의 온도를 60℃로 설정한다. 정부 전극 간에 58V의 전압을 인가했을 때, 출사광의 편광 방향이 입사광의 편광 방향에 대해서 90도 회전한다.
도 3에 전극 재료 Pt의 광강도 변조기의 동작 특성을 나타낸다. 정극(2)과 부극(3)의 사이의 인가 전압이 증대함에 따라, 출사광이 온 오프(on off)를 반복하고, 광스위치로서 기능하고 있는 것을 알 수 있다. 도 4에, 전극 재료 Ti의 광강도 변조기의 동작 특성을 나타낸다. 인가 전압이 증대함에 따라, 출사광의 강도는 변화하지만, 온 오프시의 광강도의 비(이하, 소광비라고 한다)가 열화하고 있는 것을 알 수 있다.
광스위치에 있어서, 소광비가 열화한 원인에 대해서 고찰한 바, 전기 광학 결정에 전압을 인가함으로써, 전기 광학 결정의 내부에 공간 전하가 생기고, 전압의 인가 방향으로 전계의 경사가 생기므로, 굴절률의 변화에도 경사가 생기기 때문이라는 것을 알 수 있었다. 도 5에 광강도 변조기에 있어서 굴절률의 변화에 경사가 생긴 경우를 나타낸다. 전기 광학 효과는 편광 의존성이 있기 때문에, 수직 편광과 수평 편광에 대한 굴절률 변화의 경사도 다르다. KLTN 결정에서는, 수직 편광과 수평 편광에 대한 커(Kerr) 상수가 s11：s12=10：-1 정도이기 때문에, 수직 편광의 출사각만이 크게 변화한다. 따라서, 결정에 인가하는 전압 V의 증가에 수반하여, 수직 편광과 수평 편광의 쉬프트 각(angle of shifting)이 커지고, 도 4에 나타낸 것처럼 소광비가 열화한다.
(전계의 경사가 생기는 원리)
이하에, 전압의 인가에 의해 전계의 경사가 생기는 원리에 대해서 설명한다. 전기 광학 결정에 전압을 인가하면, 결정의 고전계 전기 전도에 수반하는 공간 전하가 발생한다. 여기서 말하는 고전계 전기 전도라는 것은, 전압과 전류의 관계가 옴(Ohm)의 법칙으로부터 벗어나고, 전류가 전압에 대해서 비선형으로 증대하는 공간 전하 제한 상태에 있는 영역에 있어서의 전기 전도를 말한다. 이 공간 전하 제한 상태에 있는 영역에서는, 전극으로부터 주입되는 전류에 대해서 결정 내의 벌크(bulk) 전류가 작은 경우, 결정 내에 공간 전하가 형성된다.
도 6a 및 6b에 결정 내부의 전하에 의한 전계 경사의 발생 원리를 나타낸다. 도 6a 및 6b에 나타내는 어느 소자도, 정극(2)과 부극(3)에서 평행하게 끼워진 전기 광학 결정(1)을 구비하고 있다. 또, 세로축을 부극(3)으로부터 정극(2)에의 거리로 하고, 가로축을 전기 광학 결정(1) 내의 전계의 강도로 하는 그래프를 나타낸다. 도 6a는 전기 광학 결정(1) 내에 공간 전하가 존재하지 않고, 전계가 일정한 경우를 나타낸다. 이 경우, 정극(2)과 부극(3)의 사이의 전 공간에 걸쳐서 전계는 일정하다. 한편, 도 6b는 전기 광학 결정(1) 내의 공간 전하에 의해 공간 전하 제한 상태가 발생한 경우를 나타낸다. 공간 전하 제한 상태에서는, 전기 광학 결정(1) 내에 발생한 공간 전하에 의해 전계가 종단되고, 전기 광학 결정(1) 내의 전계 분포에 경사가 생긴다. 이 공간 전하는 전기 광학 결정(1)의 조성에 의해 정전하 및 부전하의 어느 일방, 또는 정전하 및 부전하의 양방일 수 있다.
도 7에 전계 경사에 의한 광의 편향의 원리를 나타낸다. 도 7에 있어서, x축 방향은 전기 광학 결정(1)의 두께 방향(도 6a 및 6b에 있어서의 정극(2)으로부터 부극(3)으로, 또는 부극(3)으로부터 정극(2)으로 향하는 방향)이다. 전기 광학 결정(1)의 두께 방향(x축 방향)으로 선형으로 변화하는 굴절률 n(x)를, x=0에 있어서의 굴절률을 n으로 하고, x에 있어서의 굴절률 n으로부터의 굴절률의 변화량을 Δn(x)로 하여, n(x)=n＋Δn(x)로 한다. 광축에 대해서 수직인 단면에 있어서의 직경이 D인 빔(beam)이 전기 광학 결정(1) 중을 통과하는 경우, 빔의 상단과 하단에서의 굴절률 차는 Δn(D)－Δn(0)으로 주어진다. 빔이 통과하는, 굴절률에 경사가 있는 부분의 길이, 즉 상호 작용 길이를 L로 하면, 길이 L을 전반한 후의 빔의 상단과 하단에서의 등위상면(4)에는 쉬프트(shift)(5)가 생긴다. 그 상단과 하단의 등위상면(4)의 쉬프트(shift)(5)의 거리는 다음 식으로 주어진다.
Figure 112007082809604-PCT00008
　
이때 빔의 전반 방향(6)의 기울기 θ는, 쉬프트(shift)(5)의 양이 빔의 광축에 대해서 수직인 단면에 있어서의 직경보다 충분히 작다고 하면 다음 식으로 된다.
Figure 112007082809604-PCT00009
이것이 전기 광학 결정(1)의 단면으로부터 굴절률이 1로 근사할 수 있는 외부로 출사하면, 전기 광학 결정(1)과 외부의 경계면에서 굴절하고, 입사광의 광축으로부터의 총 편향각은 다음 식으로 된다.　
Figure 112007082809604-PCT00010
여기서 전기 광학 효과에 의한 굴절률의 변화를 생각한다. 전기 광학 효과에 의한 굴절률의 변화는 1차의 포켈스(Pockels) 효과, 2차의 커(Kerr) 효과에 있어서 각각 다음 식으로 주어진다.
Figure 112007082809604-PCT00011
결정 중에 전하를 발생시키고, 그 전하에 의해 전극으로부터 시작된 전계를 접지 전극에 도달하기 전에 종단함으로써 전계가 결정의 두께 방향으로 변화하고 있는 경우로, 그 전계가 E(x)로 표시된다고 하면, 편향각 θ는 다음 식으로 된다.
Figure 112007082809604-PCT00012
이들 식은 전계 E(x)가 x에 의존하여 변화하고 있는 경우에는, 0이 아닌 편향각이 생기는 것을 나타내고 있다.
도 6b와 같이, 공간 전하 제한 상태에 있는 두께 d의 전기 광학 결정(1)에 정극(2)과 접지된 부극(3)의 사이에 전압 V를 인가하면, 이하의 식으로 표시되는 전계 E의 공간 분포가 나타난다.
Figure 112007082809604-PCT00013
여기서, x는 부극으로부터 대향하는 정극으로 향하는 방향에 있어서의 부극과 접하는 전기 광학 결정(1)의 측면으로부터의 위치이고, x0은 전기 광학 결정과 전극의 물질에 의해 정해지는 상수이다.
여기서, 전계 E를 이하의 식으로 근사하면,
Figure 112007082809604-PCT00014
전기 광학 효과를 통해서 야기되는 굴절률 변화 Δn은, 1차의 포켈스 효과, 2차의 커 효과의 경우에 있어서, 식 (10), (11)에 식 (14)를 대입함으로써, 이하의 식으로 주어진다.
　
Figure 112007082809604-PCT00015
따라서 식 (12), (13), (16), (17)로부터 편향각 θ(x)는 다음 식으로 된다.
Figure 112007082809604-PCT00016
이상에 의해, 전기 광학 결정에 전압을 인가함으로써, 전기 광학 결정의 내부에 공간 전하를 발생시키고, 입사하는 빔의 광축에 대해서 수직인 단면에 전계의 경사를 발생시킨다. 이 전계의 경사에 의해, 굴절률의 변화량에 경사를 발생시키고, 빔의 광축에 대해서 수직인 단면 상의 광의 진행 속도 분포에 경사를 발생시킨다. 결과적로서, 광이 결정 중을 전반(propation)하는 동안, 광의 진행 방향은 굴절률의 경사에 따라 연속적으로 변화시켜지고, 편향각을 누적하게 된다. 한편, 전압의 인가 방향으로 전계의 경사가 생기기 때문에, 빔의 편향은, 수직 편광과 수평 편광의 사이에서 쉬프트 각(angle of shifting)을 생기게 하는 것을 알 수 있다. 따라서, 전계의 경사를 크게 하면, 광 편향기의 빔의 편향을 효율적으로 크게 할 수가 있고, 전계의 경사를 작게 하면, 광위상 변조기의 광의 위상 변조를 효율적으로 할 수가 있다.
다음에, 식 (14)에 주목하면, x0은 전극으로부터 전기 광학 결정에의 캐리어(carrier)의 주입 효율에 의존하는 양이고, x0이 작을수록 주입 효율이 높아진다. x0을 작게 할 수 있으면, 정극과 부극의 사이의 전계의 차가 커지고, 그에 따라 굴절률의 경사도 커지기 때문에, 빔의 편향을 효율적으로 크게 할 수가 있다. 한편, x0을 크게 할 수 있으면, 정극과 부극의 사이의 전계의 차가 작아지고, 그에 따라 굴절률의 경사도 작아지기 때문에, 빔의 편향을 작게, 수직 편광과 수평 편광의 사이에서 쉬프트 각(angle of shifting)을 작게 할 수가 있다.
(전극 재료의 일함수)
도 8은 x0과 전계 E의 공간 분포의 관계를 나타내는 도이다. 또, 도 9에 커(Kerr) 효과에 의한 굴절률 변화 Δn의 분포를 나타낸다. KLTN 결정으로 이루어지는 굴절률 2.2의 전기 광학 결정을 이용하여, 정부 전극 간의 거리 0.5mm, 전극 길이 5.0mm로 하였다. 인가 전압은 100V이고, 2차의 전기 광학 상수(sij)는 2.85×1015m2/V2이다. x0=0의 경우, 굴절률의 경사가 가장 커지는 것을 알 수 있다. x0=0이라는 것은, 도 8의 x=0의 경우, 부극에 있어서 전계가 0인 것으로부터도 알 수 있듯이, 전극과 전기 광학 결정이 이상적인 오믹(ohmic) 접촉이면 좋다.
KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정을, 세로 6mm×가로 5mm×두께 0.5mm로 잘라내고, 세로 5mm×가로 4mm의 전극을 대향하는 면에 장착한다. KLTN 결정에 있어서 전기 전도에 기여하는 캐리어(carrier)는 전자이다. 전극 재료는 Ti, Cr, Au, Pt의 4종류를 준비한다. 정부 전극 간에 100V의 전압을 인가했을 때, 세로 방향으로 진행하는 광의 편향 각도를 측정한다.　
도 10에 전극 재료의 일함수와 편향각의 관계를 나타낸다. 도 중의 점선 A는 전자의 주입 효율이 최대인 경우의 편향각, 즉 도 8에 나타낸 x=0인 경우의 편향각이다. 따라서, 전극 재료가 Ti, Cr의 경우에는, 이상적인 오믹(ohmic) 접촉이 실현되고, 주입 효율이 최대로 된다. 전극 재료의 일함수가 커짐에 따라, 쇼트키(Schottky) 접촉에 가까워지고, 캐리어의 주입 효율은 감소한다. 이것으로부터, 광 편향기의 경우에는, 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 전자인 경우에는, 전극 재료의 일함수는 5.0eV 미만인 것이 바람직하다. 따라서, 전기 광 학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 정공인 경우에는, 전극 재료의 일함수는 5.0eV 이상인 것이 바람직하다.
다음에, 상술한 KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정의 정부 전극 간에 100V의 전압을 인가하고, 수직 편광과 수평 편광의 사이의 쉬프트 각(angle of shifting)을 측정한다. 도 11에 전극 재료의 일함수와 쉬프트 각의 관계를 나타낸다. 도 중의 점선 A는 전자의 주입 효율이 최대인 경우의 수직 편광과 수평 편광의 사이의 쉬프트 각이다. 광위상 변조기의 경우에는, 상술한 광 편향기의 경우와는 반대로, 전극 재료가 Au, Pt의 경우에는 전도 전자의 주입을 억제할 수 있고, 쉬프트 각이 작아지고 있다. 이것으로부터, 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 전자인 경우에는, 전극 재료의 일함수는 5.0eV 이상인 것이 바람직하다. 한편, 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 정공인 경우에는, 전극 재료의 일함수는 5.0eV 미만인 것이 바람직하다.
일함수가 5.0eV 미만인 전극 재료로서, Cs(2.14), Rb(2.16), K(2.3), Sr(2.59), Ba(2.7), Na(2.75), Ca(2.87), Li(2.9), Y(3.1), Sc(3.5), La(3.5), Mg(3.66), As(3.75), Ti(3.84), Hf(3.9), Zr(4.05), Mn(4.1), In(4.12), Ga(4.2), Cd(4.22), Bi(4.22), Ta(4.25), Pb(4.25), Ag(4.26), Al(4.28), V(4.3), Nb(4.3), Ti(4.33), Zn(4.33), Sn(4.42), B(4.45), Hg(4.49), Cr(4.5), Si(4.52), Sb(4.55), W(4.55), Mo(4.6), Cu(4.65), Fe(4.7), Ru(4.71), Os(4.83), Te(4.95), Re(4.96), Be(4.98), Rh(4.98)의 어느 것을 이용할 수가 있다. () 안은 일함수를 나타낸다. 또, 상기 재료를 복수 이용한 합금이라도 좋다. 예를 들면, Ti의 단층 전극은 산화 하여 고저항으로 되므로, 일반적으로는 Ti/Pt/Au를 적층한 전극을 이용하여 Ti의 층과 전기 광학 결정을 접합시킨다. 또한, ITO(Indium Tin Oxide), ZnO 등의 투명 전극을 이용할 수도 있다.　
일함수가 5.0eV 이상의 전극 재료로서, Co(5.0), Ge(5.0), Au(5.1), Pd(5.12), Ni(5.15), Ir(5.27), Pt(5.65), Se(5.9)를 이용할 수가 있다. 또, 상기 재료를 복수 이용한 합금이라도 좋다.　
(전기 광학 결정의 유전율)
KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정을, 세로 6mm×가로 5mm×두께 0.5mm로 잘라내고, 세로 5mm×가로 4mm의 전극을 대향하는 면에 장착한다. 전극 재료는 Cr로 한다. 도 12에 전기 광학 결정의 비유전율과 편향각의 관계를 나타낸다. 정부 전극 간에 200V/mm의 전계를 인가했을 때, 세로 방향으로 진행하는 광의 편향 각도를 측정한다. 이때, 전기 광학 결정의 온도를 변화시켜, 유전율을 변화시키면서 측정한 결과를 나타낸다.
편향각은 정극과 부극의 굴절률 변화량의 차, 즉 도 9에 나타낸 직선의 기울기에 비례한다. 굴절률 변화량은 2차의 전기 광학 효과의 경우, 유전율의 2승에 비례한다. 따라서, 편향각은 비유전율의 2승에 비례하므로, 도 12에 나타낸 실측값을 2차 함수로 피팅(fitting)한 결과를 맞춰서 나타낸다. 또, 2차의 전기 광학 효과의 경우, 굴절률 변화량은 인가 전계의 2승에 비례하므로, 도 12에 나타낸 결과를 기초로, 인가 전계를 변화시켰을 때의 편향각의 비유전율 의존성을 도 13에 나타낸다.
도 14를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 전기 광학 소자의 편향각과 종래의 프리즘(prism)의 편향각을 비교한다. 실선 A는, 상술한 KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정의 정부 전극 간에 500V/mm의 전계를 인가하고, 전기 광학 결정의 온도를 변화시켰을 때의 비유전율을 나타낸다. 점선 b는 종래의 LN 프리즘에 500V/mm의 전계를 인가했을 때의 편향각=0.3mrad이다. 따라서, 비유전율이 500 이상인 KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정을 공간 전하 제한 상태로 이용하면, 동일 인가 전계에서 동등의 편향각을 얻을 수 있다. 또, 도 14에 나타낸 것처럼, 비유전율이 10000을 넘으면, 편향각의 비유전율 의존성은 작아지므로, 전기 광학 결정의 비유전율은 40000 이하라도 좋다.
본 실시 형태에 있어서, 전기 광학 결정의 전기 광학 효과인 포켈스(Pockels) 효과 및 커(Kerr) 효과의 어느 일방, 또는 포켈스 효과 및 커 효과의 양방을 발현하는 상태로 하는 것이 중요하다. 포켈스 효과에 의해 빔을 편향시키는 경우에는, 빔의 위치에 의존하여 편향각이 변화하는 소자를 실현한다. 한편, 커 효과를 이용하여 빔을 편향시키는 경우에는, 빔의 위치에 관계없이 편향각이 일정한 소자를 실현할 수가 있다. 또한, 굴절률 변화량을 크게 하기 위해서는, 전극으로부터 전기 광학 결정에의 캐리어의 주입 효율을 높일 필요가 있고, 전극의 재료를 적절히 선택한다. 이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 15에 본 발명의 실시예 1에 관계되는 평행 평판 전극형 전기 광학 소자를 나타낸다. KLTN 결정(K1 - yLiyTa1 - xNbxO3에 있어서, x=약 0.40, y=약 0.001)을 직사각형으로 잘라내고, 4면을 연마한 전기 광학 결정(11)을 준비한다. 전기 광학 결정(11)의 상면과 하면에 Ti/Pt/Au의 정극(12) 및 부극(13)을 형성한다. 전기 광학 결정(11)의 크기는 세로 6mm(z축)×가로 5mm(y축)×두께 0.5mm(x축)이고, 전극의 크기는 세로 5mm×가로 4mm이다. 본 명세서에 있어서 Ti/Pt/Au는 최하층의 Ti 상에 Pt, Au가 이 순으로 적층되어 있는 것을 나타낸다.
KLTN 결정은, 입방정(立方晶)으로부터 정방정(正方晶)에의 상전이 부근에서 큰 전기 광학 상수를 가지는 전기 광학 결정이다. 실시예 1에 있어서 이용한 KLTN 결정의 상전이 온도는 55℃이므로, 펠티에(Peltier) 소자와 측온 저항을 이용하여, 이 소자의 온도를 상전이 온도로부터 약 5℃ 높은 60℃로 설정한다. 이에 의해 KLTN 결정의 전기 광학 효과를 커(Kerr) 효과로 할 수가 있다. 이와 같이, 전기 광학 결정에 있어서의 전기 광학 효과의 발현은, 전기 광학 결정 내부의 온도에 의존한다. 따라서, 전기 광학 소자 내부의 환경 온도가 전기 광학 결정의 전기 광학 효과를 발현하는 온도가 아닌 경우, 전기 광학 결정을 소망의 온도로 유지하는 온도 조절 수단을 설치할 필요가 있다.
He－Ne 레이저로부터의 출력광을, 전기 광학 결정(11)의 일방의 단면으로부터 입사한다. 전기 광학 결정(11)의 투과 영역에 있는 광이면, 어떠한 파장에 대해서도 적용할 수가 있다. 입사광의 편광 성분은 편광판과 반파장판을 이용하여 전계에 평행한 편광축 방향의 성분만으로 한다. 입사광은 정극(12) 및 부극(13)에 인가 하는 직류 전압에 따라 편향각이 변화한다. 도 16에 편향된 빔의 편향각과 인가 전압의 관계를 나타낸다. ＋250V의 인가 전압에 대해서 최대 108mrad, -190V의 인가 전압에 대해서 최대 -85mrad의 편향각이 얻어진다. 즉, 총 200mrad에 가까운 편향각을 실현할 수가 있다.
도 17에 전기 광학 결정(11) 중을 흐르는 전류와 인가 전압의 관계를 나타낸다. 정극(12) 및 부극(13)에 인가하는 직류 전압에 대해서, 전기 광학 결정(11)을 흐르는 전류가 비선형으로 변화하고 있기 때문에, 전기 광학 결정(11) 내에 있어서 전계가 생기고 있는 영역은 공간 전하 제한 상태에 있다고 할 수 있다.
이와 같이 하여, 직사각형의 전기 광학 결정(11)과, 평행 평판인 정극(12) 및 부극(13)이라고 하는 단순하고 대칭인 구조를 이용하여, 종래의 전기 광학 결정 프리즘으로 실현할 수 없는 큰 편향각을 얻을 수가 있다. 또, 직류 전압에 대체하여 교류 전압을 전극 간에 인가함으로써 편향되는 빔의 편향각을 시간적으로 변화시킬 수도 있다. 실시예 1에 관계되는 전기 광학 소자는, 전기 광학 상수에 의해 정해지는 응답 주파수의 범위 내(비특허문헌 2 참조)에 있어서 응답할 수가 있고, 1KHz 이상의 높은 주파수의 교류 전압에 대해서 응답할 수가 있다.
종래, 전기 광학 효과가 큰 결정으로서, KTN(KTa1 - xNbxO3, 0＜x＜1) 결정이 알려져 있다. KTN 결정을 프리즘 형상으로 가공하고, 이 KTN 프리즘에 497V/mm의 전계를 인가했을 때, 약 10mrad의 편향각을 얻을 수가 있다(비특허문헌 3 참조). 실시예 1의 전기 광학 소자는, 250V의 전압 인가시(500V/mm의 전계 인가시)에 약 100mrad의 편향각이 얻어지므로, 비특허문헌 3에 기재된 KTN 프리즘과 비교하여 10배의 편향 효율을 실현할 수가 있다.
<실시예 2>
도 6에 본 발명의 실시예 2에 관계되는 수평 전극형 전기 광학 소자를 나타낸다. KLTN 결정(K1 - yLiyTa1 - xNbxO3에 있어서, x=약 0.40, y=약 0.001)을 직사각형으로 잘라내고, 4면을 연마한 전기 광학 결정(21)을 준비한다. 전기 광학 결정(21)의 상면에 Ti/Pt/Au의 정극(22) 및 부극(23)을 대향하여 형성한다. 전기 광학 결정(21)의 크기는 세로 6mm(z축)×가로 5mm(y축)×두께 0.5mm(x축)이고, 전극의 크기는 세로 5mm이다.
KLTN 결정은, 입방정으로부터 정방정에의 상전이 부근에서 큰 전기 광학 상수를 가지는 전기 광학 결정이다. 실시예 2에 있어서 이용한 KLTN 결정의 상전이 온도는 55℃이므로, 펠티에(Peltier) 소자와 측온(測溫) 저항을 이용하여, 이 소자의 온도를 상전이 온도로부터 약 5℃ 높은 60℃로 설정한다. 이에 의해 KLTN 결정의 전기 광학 효과를 커(Kerr) 효과로 할 수가 있다.　
He－Ne 레이저로부터의 출력광을, 전기 광학 결정(21)의 일방의 단면으로부터 입사한다. 전기 광학 결정(21)의 투과 영역에 있는 광이면, 어떠한 파장에 대해서도 적용할 수가 있다. 입사광의 편광성분은 편광판과 반파장판을 이용하여, 전극쌍이 있는 결정 상면에 평행한 편광축 방향의 성분만으로 한다. 입사광은 정극(22) 및 부극(23)에 인가하는 직류 전압에 따라 편향각이 변화한다. ±200V의 인가 전압 에 대해서 최대 ±16mrad의 편향각이 얻어진다. 즉, 총 32mrad에 가까운 편향각을 실현할 수가 있다.
도 19에 전기 광학 결정(21) 중을 흐르는 전류와 인가 전압의 관계를 나타낸다. 정극(22) 및 부극(23)에 인가하는 직류 전압에 대해서, 전기 광학 결정(21)을 흐르는 전류가 비선형으로 변화하고 있기 때문에, 전기 광학 결정(21) 내에 있어서 전계가 생기고 있는 영역은 공간 전하 제한 상태에 있다고 할 수 있다.
이와 같이 하여, 직사각형의 전기 광학 결정(21)과, 결정 상면에 배치한 1쌍의 정극(22) 및 부극(23)이라고 하는 단순하고 대칭인 구조를 이용하여, 종래의 전기 광학 결정 프리즘으로 실현할 수 없는 큰 편향각을 얻을 수 있다.
실시예 1, 2에서는, 정극과 부극으로 이루어지는 1조의 전극쌍을 이용했지만, 전기 광학 결정 내부에 공간 전하 제한 상태를 생기게 하는 전압을 인가할 수가 있으면, 복수의 전극쌍을 이용해도 좋다. 이들 전극쌍은 Ti, Pt, Au, Cu, Ag, Cr 및 Pd의 어느 하나 또는 2 이상의 합금을 선택하고, 전기 광학 결정의 상면으로부터 각각 단독 또는 합금의 적층 구조에 의해 형성된다.
<실시예 3>　
도 20에 본 발명의 실시예 3에 관계되는 광빔 편향기를 나타낸다. 광빔 편향기는 사각형의 전기 광학 결정(31)의 대향하는 면에 정극(32)와 부극(33)이 형성되어 있다. KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정(31)을, 세로 6mm(z축)×가로 5mm(y축)×두께 0.5mm(x축)로 잘라내고, 세로 5mm×가로 4mm의 전극을 대향하는 면에 장착한다. 본 실시예의 KLTN 결정의 비유전율은 측정 온도 20℃에 있어서 6300 이다. 전극 재료는 Ti/Pt/Au로 한다. 도 21에, 본 발명의 실시예 3에 관계되는 광빔 편향기의 굴절률 변화량의 분포를 나타낸다. 정부 전극 간에 인가하는 전압을 변화시켰을 때, 세로 방향으로 진행하는 광의 굴절률의 분포를 나타낸다. 세로축은 전압을 인가하지 않을 때의 굴절률에 대한 변화분이고, 가로축은 정극으로부터의 거리를 나타낸다.
인가 전압의 증대에 수반하여, 정극 부근의 굴절률이 크게 변화하고 있는데 대해, 부극 부근에서는 거의 변화하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 즉, 도 8, 9에 나타낸 이상적인 오믹(ohmic) 접촉(x0=0)이 실현되고 있는 것을 알 수 있다. 인가 전압 140V 때, 굴절률의 기울기는 1mm당 1.5×10－3이다. 광의 진행 방향의 전극 길이는 5mm이므로, 광파면은 두께 1mm당 7.5×10－3mm의 비율로 기울어지고 있다. 따라서, 인가 전압 140V 때, 입사광의 광축으로부터의 편향각은 7.5mrad를 얻을 수가 있다.
<실시예 4>
도 22에 본 발명의 실시예 4에 관계되는 광강도 변조기의 구성을 나타낸다. 전기 광학 결정(41)은 대향하는 면에 정극(42)과 부극(43)이 형성되고, 전기 광학 결정(41)의 입사측에 편광자(44)를 배치하고, 출사측에 검광자(45)를 배치한다. 전기 광학 결정(41)은 KLTN 결정(K1 - yLiyTa1 - xNbxO3에 있어서, x=0.40, y=0.001)으로 이루어진다. 전기 광학 결정(41)의 상면과 하면에 Pt의 정극(42) 및 부극(43)을 형성 한다. 전기 광학 결정(41)의 크기는 세로 6mm(z축)×가로 5mm(y축)×두께 0.5mm(x축)이고, 정극(42) 및 부극(43)은 세로 5mm×가로 4mm이다.
KLTN 결정의 상전이 온도는 55℃이고, 전기 광학 결정(41)의 온도를 60℃로 설정한다. 입사광은 He－Ne 레이저를 이용한다. 정부 전극 간에 58V의 전압을 인가했을 때, 출사광의 편광 방향이 입사광의 편광 방향에 대해서 90도 회전한다. 정극(42)과 부극(43)의 사이의 인가 전압이 증대함에 따라, 출사광이 온 오프(on off)를 반복하고, 도 3에 나타낸 동작 특성을 가지는 광강도 변조기를 구성할 수가 있다.
<실시예 5>　
상술한 식 (19)에 주목하면, 본 발명의 실시 형태에 관계되는 전기 광학 소자를 빔 편향 소자로서 사용하는 경우, 편향각은 전기 광학 소자의 소자 길이 L에 비례한다. 따라서, 큰 편향각을 얻기 위해서는, 전기 광학 소자 내를 통과하는 광의 광로를 길게 하면 좋다.
도 23a에 본 발명의 실시예 5에 관계되는 빔 편향기의 구성을 나타낸다. K1 -yLiyTa1-xNbxO3에 있어서, x=약 0.40, y=약 0.001로 되는 KLTN 결정(51)을 육성하고, 직사각형으로 잘라내고, 4면을 연마하였다. 그 KLTN 결정(51)의 상면과 하면에 Ti/Pt/Au의 정극(52), 부극(53)을 형성한다. KLTN 결정(51)의 크기는, 광의 전반 방향(z축)의 길이 6mm, 폭(y축) 5mm, 두께(x축) 0.5mm이다. KLTN 결정(51)의 상면과 하면에 증착한 전극의 광의 전반 방향의 길이는 5mm이다.
또, 광의 입사면과 출사면에 Au 등의 금속 또는 유전체 다층막으로 이루어지는 미러(mirror)(54, 55)를 형성한다. 입사광으로서 He－Ne 레이저로부터의 출력광을 KLTN 결정(51)에 입사한다. 도 23b에 정극(52)이 형성된 면으로부터 본 빔의 전반 경로를 나타낸다. 이때, KLTN 결정(51)의 입사면에 대한 수평 방향의 각도를 조정하여, 결정 내를 1.5왕복, 즉 입사면과 출사면의 사이의 통과 횟수가 3회로 되도록 하여 출사광을 얻는다.
KLTN 결정(51)은 입방정으로부터 정방정에의 상전이 부근에서 큰 전기 광학 상수를 가지는 전기 광학 결정이다. KLTN 결정(51)의 상전이 온도는 55℃이므로, 펠티에(Peltier) 소자와 측온 저항을 이용하여, 이 소자의 온도를 상전이 온도로부터 약 5℃ 높은 60℃로 설정한다. 이에 의해 KLTN 결정(51)의 전기 광학 효과를 커(Kerr) 효과로 할 수가 있다.
도 24에 실시예 5에 관계되는 빔 편향기의 인가 전압과 편향각의 관계를 나타낸다. 정극(54)과 부극(55)의 사이에, 50V의 전압을 인가(100V/mm의 전계를 인가)하면, 입사면과 출사면의 사이의 통과 횟수가 1회로, 편향각은 약 7mrad로 된다. 따라서, 도 23a에 나타낸 것처럼, 출사광의 수직 방향(x축 방향)의 편향각 Diｖ는 약 21mrad가 얻어진다.
<실시예 6>　
도 25a에 본 발명의 실시예 6에 관계되는 빔 편향기의 구성을 나타낸다. K1 -yLiyTa1-xNbxO3에 있어서, x=약 0.40, y=약 0.001로 되는 KLTN 결정(61)을 육성하여, 직사각형으로 잘라내고, 4면을 연마하였다. 그 KLTN 결정(61)의 측면에 Ti/Pt/Au의 정극(62), 부극(63)(도시하지 않는다)을 형성한다. KLTN 결정(61)의 크기는 광의 전반 방향(z축)의 길이 6mm, 폭(y축) 0.5mm, 두께(x축) 5mm이다. KLTN 결정(61)의 측면에 증착한 전극의 광의 전반 방향의 길이는 5mm이다.
또, 광의 입사면과 출사면에 Au 등의 금속 또는 유전체 다층막으로 이루어지는 미러(mirror)(64, 65)를 형성한다. 입사광으로서 He－Ne 레이저로부터의 출력광을 KLTN 결정(61)에 입사한다. 도 25b에 정극(62)이 형성된 면으로부터 본 빔의 전반 경로를 나타낸다. 이때, KLTN 결정(61)의 입사면에 대한 수직 방향의 각도를 조정하여, 결정 내를 2.5왕복, 즉 입사면과 출사면의 사이의 통과 횟수가 5회로 되도록 출사한다.
KLTN 결정(61)은 입방정으로부터 정방정에의 상전이 부근에서 큰 전기 광학 상수를 가지는 전기 광학 결정이다. KLTN 결정(20)의 상전이 온도는 55℃이므로, 펠티에 소자와 측온 저항을 이용하여, 이 소자의 온도를 상전이 온도로부터 약 5℃ 높은 60℃로 설정한다. 이에 의해 KLTN 결정(61)의 전기 광학 효과를 커(Kerr) 효과로 할 수가 있다.
정극(62)과 부극(63)의 사이에, 150V의 전압을 인가(200V/mm의 전계를 인가)하면, 입사면과 출사면의 사이의 통과 횟수가 1회로, 편향각은 약 30mrad이므로, 출사빔(21)의 수평 방향(y축 방향)의 편향각(22)은 약 150mrad가 얻어진다.　
실시예 5 및 실시예 6에 의하면, 전기 광학 소자 내를 통과하는 광의 광로가 길어지므로, 동일 소자 길이의 전기 광학 소자 내를 광이 1회만 통과하는 경우와 비교하여, 구동 전압을 1/n(n： 통과 횟수)로 할 수가 있다. 구동 전압이 동일하면, 전기 광학 소자의 소자 길이를 1/n로 할 수 있다. 소자 길이가 짧으면, 인가하는 전압에 대한 용량 성분이 작아지므로, 편향 동작의 고속화를 도모할 수가 있다. 또, 2차의 전기 광학 상수(sij)는, 광의 편향 방향과 인가 전계가 평행한 경우(s11)쪽이 광의 편향 방향과 인가 전계가 수직인 경우(s11)보다 크다. 따라서, 왕복하는 횟수를 늘림으로써, 충분한 편향각을 얻을 수 있다.
또한, 미러(mirror)는 금속 또는 유전체 다층막을 증착 또는 스퍼터(sputter)에 의해 퇴적시켜도 좋고, 결정 단면에 있어서의 전반사를 이용하여도 좋다.
<실시예 7>
도 26에 본 발명의 실시예 7에 관계되는 빔 편향기의 구성을 나타낸다. K1 -yLiyTa1-xNbxO3에 있어서, x=약 0.40, y=약 0.001로 되는 KLTN 결정(71)을 육성하고, 직사각형으로 잘라내고, 4면을 연마하였다. 그 KLTN 결정(71)의 상면과 하면에 Ti/Pt/Au의 정극(72), 부극(73)을 형성한다. 정극(72), 부극(73)은 수직 편향용의 전극으로 된다. 또한, KLTN 결정(71)의 측면에 수평 편향용의 전극으로 되는 정극(74), 부극(75)을 형성한다. 광의 입사면과 출사면에 금속 또는 유전체 다층막으로 이루어지는 미러(mirror)(76, 77)를 형성한다.
입사광으로서 He－Ne 레이저로부터의 출력광을 KLTN 결정(71)에 입사한다. 이때, KLTN 결정(71)의 입사면에 대한 수평, 수직 방향의 각도를 조정하여, 결정 내를 2.5왕복, 즉 입사면과 출사면의 사이의 통과 횟수가 5회로 되도록 출사한다. 이와 같이 하여, 실시예 5 및 실시예 6에 나타낸 것과 같이, 출사광을 수평 방향 및 수직 방향으로 편향시킬 수가 있다.
<실시예 8>
도 27에 본 발명의 실시예 8에 관계되는 2차원 빔 편향기의 구성을 나타낸다. KLTN 결정으로부터 세로 6mm×가로 5mm×두께 0.5mm의 전기 광학 결정을 잘라낸다. 전기 광학 결정(81, 91)의 각각에는 세로 5mm×가로 4mm의 전극을 대향하는 면(82, 83 및 92, 93)에 장착한다. KLTN 결정의 상전이 온도는 55℃이고, 전기 광학 결정(81, 91)의 온도를 60℃로 설정한다. 전극 재료는 Cr로 한다. 전기 광학 결정(81)의 전계의 인가 방향과 전기 광학 결정(91)의 전계의 인가 방향이 직각으로 되도록, 각각을 광로 상에 배치한다. 전기 광학 결정(81, 91)의 사이의 광로 상에는 수정으로 이루어지는 반파장판(101)을 삽입하고, 전기 광학 결정(81)으로부터 출사된 광이 90도 회전하여 전기 광학 결정(91)에 입사하도록 한다.
상술한 것처럼, 편향의 효율은 광의 전계의 방향에 의존하고, 광의 전계의 방향과 인가 전압에 의한 공간 전계의 방향이 평행일 때 최대로 된다. 따라서, 이 편광 의존성에 의해, 수직 편광과 수평 편광에 대한 굴절률 변화의 경사도 다르다. KLTN 결정에서는, 수직 편광(도 27의 y축 방향)과 수평 편광(도 27의 x축 방향)에 대한 커(Kerr) 상수가 s11：s12=10：-1 정도이기 때문에, 수직 편광의 출사각만이 크게 변화한다.
그래서, 전기 광학 결정(81)에 있어서, 수직 편광과 평행으로 인가 전계를 가하고, y축 방향으로 편향시켜, 반파장판(101)에 있어서 90도 회전시킨다. 그리고, 전기 광학 결정(91)에 있어서, 수평 편광과 평행으로 인가 전계를 가하고, x축 방향으로 편향시킨다. 이와 같이 하여, 효율적으로 2차원의 편향이 가능하게 된다.
<실시예 9>
도 28에 본 발명의 실시예 9에 관계되는 2차원 빔 편향기의 구성을 나타낸다. KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정을, 세로 20mm×가로 5mm×두께 5mm로 잘라내고, 길이 방향의 단면이 팔각형으로 되는 팔각 기둥으로 깎아낸다. 전기 광학 결정(111)의 대향하는 면에 세로 5mm×가로 1.5mm의 전극을 3조 장착한다. KLTN 결정의 상전이 온도는 55℃이고, 전기 광학 결정(111)의 온도를 60℃로 설정한다. 전극은 광의 입사측으로부터 제1편향기용의 전극(122, 123), 반파장판용의 전극(132, 133), 제2편향기용의 전극(142, 143)의 순으로 장착한다.
여기서, 전극(122, 123) 및 전극(142, 143)의 전극 재료는 Cr로 하고, 전극(132, 133)의 전극 재료는 Pt로 한다. 편향기용의 전극은 편향 효율을 높이기 위해서, 전자의 주입 효율을 크게 할 필요가 있고, 오믹(ohmic) 접촉으로 되는 전극 재료를 선택한다. 한편, 반파장판용의 전극은 편파를 회전시킬 뿐이고, 편향이 일어나지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 전자의 주입 효율을 작게 할 필요가 있고, 쇼트키(Schottky) 접촉으로 되는 전극 재료를 선택한다.
이러한 구성에 의해, 실시예 8과 같이, 제1편향기에 있어서 y축 방향으로 편향시켜, 반파장판에 있어서 90도 회전시킨다. 그리고, 제2편향기에 있어서 x축 방 향으로 편향시킨다. 이와 같이, 하나의 KLTN 결정에 수직 편향, 수평 편향 및 반파장판이라고 하는 3개의 기능을 실현하기 위해, 입방정의 KLTN 결정인 것이 바람직하다.
<실시예 10>
도 29a에 본 발명의 실시예 10에 관계되는 2차원 빔 편향기의 구성을 나타낸다. KLTN 결정으로 이루어지는 전기 광학 결정(201)을 세로 10mm(z축)×가로 5mm(y축)×두께 0.5mm(x축)로 잘라낸다. 전기 광학 결정(201)의 대향하는 면에 2조의 전극을 장착한다. 전극은 광의 입사측으로부터 제1편향기용의 전극(202, 203), 제2편향기용의 전극(204, 205)의 순으로 장착한다. 이 순번은 바뀌어도 지장이 없다. KLTN 결정의 상전이 온도는 55℃이고, 전기 광학 결정(111)의 온도를 60℃로 설정한다.　
제1편향기용의 전극(202, 203)은 광의 입사측의 일변을 저변으로 하는 직각 삼각형이고, 일방의 저각이 직각, 타방의 저각 φ가 30도, 저변의 길이 4mm, 높이 3mm, 사변의 길이 5mm이다. 제1편향기용의 전극(202, 203)은 쇼트키(Schottky) 접촉으로 되도록 Pt로 이루어지는 전극 재료를 이용한다. 제2편향기용의 전극(204, 205)은 세로 5mm×가로 4mm의 사각형의 전극이다. 제2편향기용의 전극(204, 205)은 오믹(ohmic) 접촉으로 되도록 Ti로 이루어지는 전극 재료를 이용한다.
제1편향기용의 전극(202, 203)이 형성된 부분은 KLTN 결정의 전기 광학 효과에 의해 똑같이 굴절률이 변화하므로, 이 부분은 프리즘으로서 입사광에 작용한다. 전기 광학 결정(201)의 굴절률을 n, 전기 광학 상수를 Sij, 두께를 d로 하고, 인가 전압을 V, 제1편향기용의 전극(202, 203)의 일방의 저각을 φ로 하면, 편향각 ψ는,
Figure 112007082809604-PCT00017
　
로 되고, y축 방향으로 편향한다.
제2편향기용의 전극(204, 205)이 형성된 부분은 실시예 3의 경우와 동일하게, 이상적인 오믹(ohmic) 접촉이 실현되고, 전하의 주입 효율이 최대로 된다. 따라서, 출사광은 x축 방향으로 편향하므로, 효율적으로 2차원의 편향이 가능하게 된다.
<실시예 11>
현재, DVD의 광기록 재생 장치로 사용되고 있는 서보(servo) 기구에는, 3축의 렌즈 액추에이터(lens actuator)가 이용되고 있다. 액추에이터는 대물 렌즈를 보유하는 와이어(wire)를 가동 코일형 모터에 의해 구동하고 있다. 가동 코일형 모터의 구동 원리는, 자속 중을 이동하는 전하에 작용하는 로렌쯔력(Lorentz force)을 이용한다. 이러한 액추에이터 기구는 기계식이기 때문에, 많은 고유 진동 모드(mode)를 가지고 있다. 그 고유 진동수와 동일한 주파수로 액추에이터가 구동될 경우, 고유 모드가 여진되어 공진이 발생한다. 액추에이터의 최저차의 공진은 제어계의 제어에 의해 회피할 수가 있다. 그렇지만, 보다 고차의 공진의 영향을 회피하는 것은 어렵고, 그 결과 고차의 공진이 제어계에 의해 불안정화되고, 정확한 위치 결정이 곤란하게 된다. 그래서, 상술한 광빔 편향기를 이용하여, 기계식의 구동 부분을 가지지 않는 서보(servo) 기구를 가지는 광 픽업(pickup) 장치를 실현한다.
도 30에 본 발명의 실시예 11에 관계되는 광 픽업 장치의 구성을 나타낸다. 도 20에 나타낸 실시예 3에 관계되는 광빔 편향기를 이용한 광 픽업 장치이고, 기록 매체는 DVD 및 HD－DVD이다. 광원인 DVD용 레이저 다이오드(LD)(311)로부터 출사된 광빔은, 하프 미러(half mirror)(312)와 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(313)를 통하여 광편향 소자(314)로 입사된다. 광편향 소자(314)에 있어서의 편향각은, 도시하지 않은 제어부에 의해 디스크(316)로부터 반사해 오는 트래킹(tracking) 신호에 기초하여 피드백(feedback) 제어되어 있다. 광편향 소자(314)로부터 출사된 광빔은 대물 렌즈(315)를 통하여 디스크(316)에 조사된다.
디스크(316)로부터 반사된 광신호는 하프 미러(half mirror)(322)와 검출용 렌즈(323)를 통하여 포토다이오드(PD)(324)에 입사된다. 또, HD－DVD용 레이저 다이오드(LD)(321)가 하프 미러(322)와 광학적으로 결합되어 있다.　
상술한 것처럼, 종래의 방법은 대물 렌즈를 액추에이터(actuator)로 구동하고 있었다. 본 실시 형태의 광편향 소자는, 가동 부분을 가지지 않기 때문에 본체의 구동에 의한 공진은 일어나지 않는다. 한편, 2차의 전기 광학 효과를 가지는 재료이기 때문에, 전왜 효과에 의한 소자 재료의 공진 현상이 발생한다. 이 현상은 재료의 치수나 형상에 의존하므로, 형상의 대상성을 저하시킴으로써 억제할 수가 있다. 본 실시 형태에 있어서, 서보(servo)의 대역은 1MHz로 하였지만, 충분히 안정 동작이 가능하고, 고품질인 광기록 재생을 할 수가 있다. 이때, 광편향 소자에 있어서, 광빔을 편향하기 위해서 구동하는 전압은 ±12V의 범위에 있고, 충분히 실용적인 전압에서 구동할 수가 있다.
또, 광편향 소자를 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(313)와 대물 렌즈(315)의 사이에 배치했지만, 광원과 기록 매체의 사이의 광로 상이면, 광 픽업 장치의 다른 부분에 배치해도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 광편향 소자의 광투과 파장은 400nm－4000nm의 범위에 있고, 가시광의 복수 파장을 이용하는 광 픽업 장치에도 응용할 수가 있다.
본 실시 형태에 있어서의 광편향 소자를 이용한 광 픽업 장치는, 1TB 클래스의 고밀도 광기록 재생을 하는 경우라도 충분한 제어를 실현할 수 있는 대역을 가지고 있다. 따라서, 보다 고밀도 기록이 필요한 HD－DVD, Blu－ray 등에 적용하면 보다 큰 효과를 기대할 수 있고, 보다 고밀도인 광기록 재생을 실현할 수가 있다.
<실시예 12>
레이저 프린터(laser printer)는 감광체에 레이저광을 조사하고, 감광된 부분에 토너(toner)를 부착시키고, 이 토너를 기록지에 전사함으로써 인쇄를 하고 있다. 이때 레이저광을 적어도 1축 방향으로 반복 편향시키는 것이 필요하게 된다. 광을 편향하는 기술로서 상술한 다각형 미러(polygon mirror)를 회전시키는 기술이 이용되고 있다. 프린터의 인쇄 속도를 더 향상시키기 위해서는, 보다 고속의 광편향 기술이 요구되고 있다. 그래서, 상술한 광빔 편향기를 이용하여 고속의 레이저 프린터를 실현한다.　
도 31a에 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 레이저 프린터의 구성을 나타 낸다. 도 20에 나타낸 실시예 3에 관계되는 광빔 편향기를 이용한 레이저 프린터를 나타낸다. 도 31b는 비교를 위해서 종래의 레이저 프린터를 나타낸다. 레이저 프린터는 감광체인 원통 상의 감광 드럼(411)의 외주에, 대전기(412), 현상기(415), 전사기(414) 및 정착기(413)가 배치되어 있다. 대전기(412)에 의해 대전된 감광 드럼(411)을 레이저광으로 조사하고, 현상기(415)에 있어서 감광된 부분에 토너(toner)를 부착시킨다. 다음에, 전사기(414)에 있어서, 토너상(toner image)을 기록지(416)에 전사하고, 정착기(413)에 의해 정착시킨다.
도 31b에 나타낸 것처럼, 종래의 레이저 프린터(laser printer)는, 레이저 다이오드(laser diode)(431)로부터 출사된 레이저광을 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(432)에서 콜리메이트(collimate)화하고, 다각형 미러(433)에서 반사시킨다. 다각형 미러(433)의 회전에 의해 레이저광을 편향시키고, 렌즈(434)를 통하여 감광체(411)에 조사한다. 도 31a에 나타낸 것처럼, 본 실시 형태에 관계되는 레이저 프린터는, 광원인 레이저 다이오드(421)로부터 출사된 레이저광을 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(422)에서 콜리메이트(collimate)화하고, 광편향 소자(423)에 입사시킨다. 광편향 소자(423)에서 편향된 레이저광은 렌즈(424)를 통하여 감광체(411)에 조사된다.
레이저 다이오드(421)와 감광체(411)의 사이의 광로 상에 배치된 광편향 소자(423)는, 감광체(411)의 주사 방향 전체를 스캔(scan)하기 위해서, 4개의 소자를 이용하고 있다. 소자 1개당의 소비 전력은 1MW 이하이므로, 종래의 레이저 프린터와 비교하여 소비 전력은 저감되어 있다. 또, 칩 크기가 작고 레이저 다이오드와 일체화가 가능하기 때문에 다각형 미러에 비해 소형화가 가능하다.
광편향 소자(423)의 광편향 속도는 1MHz이고, 다각형 미러(433)의 회전 주파수의 최대치는 10kHz(60000rpm)이다. 다각형 미러(433)가 10면의 미러면을 가지고 있다고 하면, 본 실시 형태에 관계되는 레이저 프린터는 10배의 속도를 실현할 수가 있다. 예를 들면, 종래의 레이저 프린터는 복수의 레이저광을 이용한 고속 프린터로 140매/분 정도의 인쇄 능력을 가지지만, 본 실시 형태에 관계되는 레이저 프린터는 300매/분 정도의 인쇄 능력을 실현할 수가 있다.
또, 전계 방향을 직교시킨 2개의 광편향 소자를 배치하고, 2개의 광편향 소자의 사이에 파장판을 배치한다. 2개의 광편향 소자를 각각 제어하여, 2차원적으로 레이저광을 주사할 수가 있다. 2차원 주사를 하면, 감광체에의 감광속도가 비약적으로 향상되므로, 500매/분 정도의 인쇄 능력을 실현할 수가 있다. 또한, 광편향 소자와 레이저 다이오드(laser diode)의 사이에, 또 하나의 광편향 소자를 배치하고, 레이저광에 의한 감광을 위한 광로 이외에 광을 편향시킴으로써, 광의 ON/OFF 기능을 추가할 수도 있다.

Claims (46)

  1. 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과,
    상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정극과 부극으로 이루어지는 전극쌍과,
    상기 전기 광학 결정의 내부에 공간 전하를 발생시키도록 상기 전극쌍의 사이에 전압을 인가하는 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극쌍은, 상기 정극이 상기 전기 광학 결정의 2개의 평행으로 대향하는 면의 일방에 배치되고, 상기 부극이 당해 2개의 평행으로 대향하는 면의 일방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극쌍은, 상기 정극과 상기 부극이 상기 전기 광학 결정의 동일면 상에 각각 이간하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은, 상기 전기 광학 결정에 발현하는 전기 광학 효과가 포켈스 효과인 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은, 상기 전기 광학 결정에 발현하는 전기 광학 효과가 커 효과인 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은, 상기 전기 광학 결정에 발현하는 전기 광학 효과가 포켈스 효과 및 커 효과인 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정이 K1 - yLiyTa1 -xNbxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1), LiNbO3, LiTaO3, LiIO3, KNbO3, KTiOPO4, BaTiO3, SrTiO3, Ba1 -xSrxTiO3(0＜x＜1), Ba1 -xSrxNb2O6(0＜x＜1), Sr0 .75Ba0 .25Nb2O6, Pb1 - yLayTi1 -xZrxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3, KH2PO4, KD2PO4, (NH4)H2PO4, BaB2O4, LiB3O5, CsLiB6O10, GaAs, CdTe, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, 및 ZnO의 어느 것인 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  8. 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어에 대해서 오믹 접촉으로 되는 재료로 이루어지고, 상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정 극과 부극으로 이루어지는 전극쌍을 구비한 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 비유전율은 500 이상 40000 이하인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 K1 - yLiyTa1 -xNbxO3(0＜x＜1, 0≤y＜1)인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 전자인 경우, 상기 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 미만인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전극쌍의 재료는 Cs, Rb, K, Sr, Ba, Na, Ca, Li, Y, Sc, La, Mg, As, Ti, Hf, Zr, Mn, In, Ga, Cd, Bi, Ta, Pb, Ag, Al, V, Nb, Ti, Zn, Sn, B, Hg, Cr, Si, Sb, W, Mo, Cu, Fe, Ru, Os, Te, Re, Be, Rh의 어느 것인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전극쌍의 재료는 ITO, ZnO의 어느 것인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 정공인 경우, 상기 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 이상인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전극쌍의 재료는 Co, Ge, Au, Pd, Ni, Ir, Pt, Se의 어느 것인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 Ba1 -xSrxTiO3(0＜x＜1), Sr0 .75Ba0 .25Nb2O6, Pb1 - yLayTi1 -xZrxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1)의 어느 것인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  17. 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과,
    당해 전기 광학 결정의 입사측의 광축 상에 배치된 편광자와,
    상기 전기 광학 결정의 출사측의 광축 상에 배치된 검광자와,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어에 대해서 쇼트키 접촉으로 되는 재료로 이루어지고, 상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정극과 부극으로 이루어지는 전극쌍을 구비한 것을 특징으로 하는 광강도 변조기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 K1 - yLiyTa1 -xNbxO3(0＜x＜1, 0≤y＜1)인 것을 특징으로 하는 광강도 변조기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 전자인 경우, 상기 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 이상인 것을 특징으로 하는 광강도 변조기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전극쌍의 재료는 Co, Ge, Au, Pd, Ni, Ir, Pt, Se의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광강도 변조기.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 정공인 경우, 상기 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 미만인 것을 특징으로 하는 광강도 변조기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전극쌍의 재료는 Cs, Rb, K, Sr, Ba, Na, Ca, Li, Y, Sc, La, Mg, As, Ti, Hf, Zr, Mn, In, Ga, Cd, Bi, Ta, Pb, Ag, Al, V, Nb, Ti, Zn, Sn, B, Hg, Cr, Si, Sb, W, Mo, Cu, Fe, Ru, Os, Te, Re, Be, Rh의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광강도 변조기.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 전극쌍의 재료는 ITO, ZnO의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광강도 변조기.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 LiNbO3, LiTaO3, LiIO3, KNbO3, KTiOPO4, BaTiO3, SrTiO3, Ba1 -xSrxTiO3(0＜x＜1), Ba1 -xSrxNb2O6(0＜x＜1), Sr0.75Ba0 .25Nb2O6, Pb1 - yLayTi1 -xZrxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3, KH2PO4, KD2PO4, (NH4)H2PO4, BaB2O4, LiB3O5, CsLiB6O10, GaAs, CdTe, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광강도 변조기.
  25. 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과,
    상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는 정극과 부극으로 이루어지고, 서로 평행한 상기 전기 광학 결정의 면에 대향하여 형성된 전극쌍과,
    상기 전계의 방향과 수직으로 입사된 광의 입사면과 출사면에 형성된 경면을 구비한 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 비유전율은 500 이상 40000 이하인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 K1 - yLiyTa1 -xNbxO3(0＜x＜1, 0≤y＜1), Ba1 -xSrxTiO3(0＜x＜1), Sr0 .75Ba0.25Nb2O6, Pb1 - yLayTi1 -xZrxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1)의 어느 것인 것을 특징으로 하는 빔 편향기.
  28. 전기 광학 효과를 가지고, 서로 평행한 면에 대향하여 형성된 전극쌍을 가지는 제1의 전기 광학 결정과,
    전기 광학 효과를 가지고, 서로 평행한 면에 대향하여 형성된 전극쌍을 가지고, 당해 전극쌍에 의해 인가하는 전계의 방향이 상기 제1의 전기 광학 결정의 전계의 방향과 직각을 이루는 제2의 전기 광학 결정과,
    상기 제1 및 제2의 전기 광학 결정의 사이의 광로 상에 배치된 반파장판을 구비한 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  29. 전기 광학 효과를 가지고, 길이 방향의 단면이 팔각형인 전기 광학 결정과,
    상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는 정극과 부극으로 이루어지고, 서로 평행한 길이 방향의 면에 대향하여 형성된 제1조의 전극쌍과,
    당해 제1조의 전극쌍에 의해 인가하는 전계의 방향과 직각방향으로 전계를 인가하는 제2조의 전극쌍과,
    상기 제1조 및 제2조의 전극쌍의 사이의 서로 평행한 면에 대향하여 형성되고, 상기 제1조 및 제2조의 전극쌍에 의해 인가하는 전계의 방향과 45도의 각을 이루는 방향으로 전계를 인가하는 제3조의 전극쌍을 구비한 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 K1 - yLiyTa1 -xNbxO3(0＜x＜1, 0≤y＜1)인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 전자인 경우, 상기 제1조 및 제2조의 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 미만이고, 상기 제3조의 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 이상인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1조 및 제2조의 전극쌍의 재료는 Cs, Rb, K, Sr, Ba, Na, Ca, Li, Y, Sc, La, Mg, As, Ti, Hf, Zr, Mn, In, Ga, Cd, Bi, Ta, Pb, Ag, Al, V, Nb, Ti, Zn, Sn, B, Hg, Cr, Si, Sb, W, Mo, Cu, Fe, Ru, Os, Te, Re, Be, Rh의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 제1조 및 제2조의 전극쌍의 재료는 ITO, ZnO의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 제3조의 전극쌍의 재료는 Co, Ge, Au, Pd, Ni, Ir, Pt, Se의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 정공인 경우, 상기 제1조 및 제2조의 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 이상이고, 상기 제3조의 전극쌍 의 재료는 일함수가 5.0eV 미만인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  36. 제29항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 LiNbO3, LiTaO3, LiIO3, KNbO3, KTiOPO4, BaTiO3, SrTiO3, Ba1 -xSrxTiO3(0＜x＜1), Ba1 -xSrxNb2O6(0＜x＜1), Sr0 .75Ba0 .25Nb2O6, Pb1 - yLayTi1 -xZrxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3, KH2PO4, KD2PO4, (NH4)H2PO4, BaB2O4, LiB3O5, CsLiB6O10, GaAs, CdTe, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  37. 전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과,
    상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는 정극과 부극으로 이루어지고, 서로 평행한 길이 방향의 면에 대향하여 형성된 제1조의 전극쌍으로서, 상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어에 대해서 쇼트키 접촉으로 되는 재료로 이루어지고, 광의 입사측의 일변을 저변으로 하고, 일방의 저각이 직각인 직각 삼각형인 제1조의 전극쌍과,
    상기 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는 정극과 부극으로 이루어지고, 서로 평행한 길이 방향의 면에 대향하여 형성된 제2조의 전극쌍으로서, 상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어에 대해서 오믹 접촉으로 되는 재료로 이루어지는 제2조의 전극쌍을 구비한 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 K1 - yLiyTa1 -xNbxO3(0＜x＜1, 0≤y＜1)인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 전자인 경우, 상기 제1조의 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 이상이고, 상기 제2조의 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 미만인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 제1조의 전극쌍의 재료는 Co, Ge, Au, Pd, Ni, Ir, Pt, Se의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 제2조의 전극쌍의 재료는 Cs, Rb, K, Sr, Ba, Na, Ca, Li, Y, Sc, La, Mg, As, Ti, Hf, Zr, Mn, In, Ga, Cd, Bi, Ta, Pb, Ag, Al, V, Nb, Ti, Zn, Sn, B, Hg, Cr, Si, Sb, W, Mo, Cu, Fe, Ru, Os, Te, Re, Be, Rh의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  42. 제39항에 있어서,
    상기 제2조의 전극쌍의 재료는 ITO, ZnO의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  43. 제38항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정의 전기 전도에 기여하는 캐리어가 정공인 경우, 상기 제1조의 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 미만이고, 상기 제2조의 전극쌍의 재료는 일함수가 5.0eV 이상인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  44. 제37항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은 LiNbO3, LiTaO3, LiIO3, KNbO3, KTiOPO4, BaTiO3, SrTiO3, Ba1 -xSrxTiO3(0＜x＜1), Ba1 -xSrxNb2O6(0＜x＜1), Sr0 .75Ba0 .25Nb2O6, Pb1 - yLayTi1 -xZrxO3(0＜x＜1, 0＜y＜1), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3, KH2PO4, KD2PO4, (NH4)H2PO4, BaB2O4, LiB3O5, CsLiB6O10, GaAs, CdTe, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe의 어느 것인 것을 특징으로 하는 광 편향기.
  45. 기록 매체에 조사하는 레이저광을 출력하는 광원과,
    전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과, 당해 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정극과 부극으로 이루어지는 전극쌍을 포함하는 광편향 소자로서, 상기 광원과 상기 기록 매체의 사이의 광로 상에 배치되고, 상기 레이저광의 편향을 제어하는 광편향 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 광 픽업 장치.
  46. 감광체에 조사하는 레이저광을 출력하는 광원과,
    전기 광학 효과를 가지는 전기 광학 결정과, 당해 전기 광학 결정의 내부에 전계를 발생시키는, 정극과 부극으로 이루어지는 전극쌍을 포함하는 광편향 소자로서, 상기 광원과 상기 감광체의 사이의 광로 상에 배치되고, 상기 레이저광의 편향을 제어하는 광편향 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 프린터.
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