WO2006057121A1

WO2006057121A1 - 磁気光学式空間光変調器

Info

Publication number: WO2006057121A1
Application number: PCT/JP2005/019077
Authority: WO
Inventors: Yoichi Suzuki; Kiyohisa Yamauchi; Kazuma Takahashi; Hiromitsu Umezawa; Tetsu Yamanaka; Mikio Kitaoka; Teruo Kiyomiya
Original assignee: Fdk Corporation
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2006-06-01

Abstract

　磁気光学材料からなる磁性膜を具備し、該磁性膜内に、ファラデー効果により偏光方向を回転させる画素が、多数、互いに離間した状態でＸ方向及びＹ方向に２次元的に配列され、各画素に沿って配線した駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界により各画素の磁化方向が個別に制御される磁気光学式空間光変調器において、駆動ラインの全部もしくは一部が画素と画素の間隙部に配線され、その間隙部に配線された駆動ラインを隣接する画素で共用するようにした。

Description

明細書

磁気光学式空間光変調器

技術分野

[0001] 本発明は、ファラデー効果を利用する磁気光学式空間光変調器に関する。

背景技術

[0002] 磁気光学空間光変調器は、光の振幅、位相、偏光状態を、磁性膜のファラデー効果を利用して空間的に変調する磁気光学デバイスであり、磁性膜の磁ィ匕方向を独立に制御可能な多数の画素（ピクセル)を X方向及び Y方向に配列した構成となって、る。このような 2次元アレイ状の画素配列をもつ空間光変調器は、情報を高速で並列処理可能なことから、光学情報処理システム、光コンピューティング、プロジェクター T V、動画ホログラム記録、光体積記録などを実現するキーデバイスとして、近年、研究開発が進められている。

[0003] 磁気光学空間光変調器の一例を図 7に示す。空間光変調器 10は、主として磁性膜

(磁気光学材料） 12からなり、ファラデー効果により偏光方向を回転させる画素 14が、多数、互いに離間した状態で X方向（横方向）及び Y方向（縦方向）に 2次元的に配列され、各画素 14に沿って X側と Y側の駆動ラインが配線されている構造である。 X 側の所定の駆動ラインには X側駆動部 16から X側駆動パルス電流が供給され、 Y側の所定の駆動ラインには Y側駆動部 18から Y側駆動パルス電流が供給される。これら X側駆動部 16と Y側駆動部 18の動作は、制御部 20によって制御される。そして、選択された X側駆動ラインと Y側駆動ラインを流れる駆動パルス電流によって発生する磁界が合成され、その合成磁界により、各画素の磁ィ匕方向が個別に制御される。

[0004] 図 8は基本動作の説明図である。図面を簡略ィ匕するため 2個の画素のみ描いている。第 1の偏光子 22を透過して直線偏光となった入射光は、空間光変調器の各画素 14に入射する。入射光は、透明基板 24及び磁性膜 12を透過し、金属膜 28で反射され、再び磁性膜 12及び透明基板 24を透過して出射する。このとき、磁性膜 12のファラデー効果によって、各画素 14で反射する光の偏光方向は所定の角度だけ回転する。ここで、上段の画素に正方向の磁界（+H)が印加されたとき + Θ 例えば +45 度)のファラデー回転が生じるとすると、下段の画素に負方向の磁界（一 H)が印加されたときには— Θ (例えば— 45度）のファラデー回転が生じる。これらの反射光は第

F

2の偏光子 30に達する力その偏光透過面が +45度に設定されていると、 +45度ファラデー回転した上段の光は透過 (ON)するが、—45度ファラデー回転した下段の光は遮断 (OFF)される。このようにして、各画素に印加される磁界の向きを制御することで、各画素による反射光のオン ·オフを制御できる。

[0005] 空間光変調器における各画素は、 1個 1個完全に独立した個別の素子ではなぐ実際には、 LPE法によって基板上の全面に磁性膜を育成し、その磁性膜を多数の画素に磁気的に区画した状態としたものである。これは、各画素を非常に小さく且つ正確に配列する必要があるためである。例えば、米国特許第 5, 473, 466号公報には、磁性ガーネット材料上の画素に相当する領域に Si等の酸ィ匕可能な膜パターンを形成し、全体を熱処理することにより、 Si膜直下の磁性ガーネット材料を還元して変質させ、画素単位で磁化反転が可能となる多数の画素を形成する技術が開示されている。このようにすると、ファラデー効果によって、各画素を通過する光の偏光方向を所定角度だけ回転させることができ、従って、各画素における磁ィ匕の方向を任意に選択することにより、空間的に変調された光を生成することができる。

[0006] 各画素の磁ィ匕方向を独立に制御するには、各画素に沿って配線した駆動ラインを選択して駆動電流を流し、それによつて発生する合成磁界を利用している。従来技術の一例を図 9A〜図 9Cに示す。図 9Aは駆動ラインを平面的に表しており、図 9B は断面を示してヽる。 X側駆動ライン (横方向；点線で示す) 32及び Y側の駆動ライン (縦方向；実線で示す） 34は、各画素 14上を、その周辺に沿ってそれぞれ 3Z4周するように、従って各画素は X側と Y側とで合計 6Z4周回するように配線されている。なお、三角形の図形は端子を示している。選択された X側及び Y側の 2本の駆動ラインを流れる駆動パルス電流のタイミングが一致したとき、駆動パルス電流により発生する磁界が合成され、その合成磁界によって当該画素の磁化方向が制御される。

[0007] このようなパターンの駆動ラインは、図 9Cに示すように、画素 14の中央部に磁束を集中させているため、画素 14の中央部に大きな反転磁界が発生する（図 9Cにおいて、磁界の方向を矢印で示す)。しかし、画素 14の駆動ライン下部では、磁界が水平方向を向いてしまい磁ィ匕反転には寄与していない。また、画素の周辺では反転方向と逆方向の磁界成分が発生している。更に、このようなパターンの駆動ラインでは、画素と画素の間隙部に逆向きの磁界が発生してしまう。これらの逆方向の磁界は、画素の磁ィ匕反転を妨げる要因となっている。そのため、駆動ラインを流れる電流により発生する磁界が有効に利用されてヽなヽ。

[0008] 従って、画素の磁化反転のために電流値を大きくしなければならず、駆動ラインの抵抗によって大きな発熱が生じ、各画素と駆動ラインが高温になって動作の安定性が損なわれる問題が生じる。特に、画素及び画素間隔を狭くすると、必然的に駆動ラインの断面積が小さくなり、抵抗が増力!]して発熱量は更に大きくなる他、製造が困難になる。

[0009] 更に、画素間隔の狭小化により駆動ラインの形状が制限され、発生する印加磁界の分布も制限されてしまう。そのため、ターゲット画素以外の画素への磁界漏洩ゃタ一ゲット画素内部で発生してしまう印加磁界と逆方向の成分をもつ誘導磁界により、画素の磁化反転に適した印加磁界分布を作ることができず、駆動パルス電流の通電のみで (駆動時に磁ィ匕反転を補助するためのバイアス磁界を併用することなく）し力も誤動作無く駆動することは極めて難しい。

[0010] このような理由により、従来の駆動ライン構成では、例えば 1万画素以上の、規模が大きく且つ画素間隔 20 μ m以下の高密度の画素構成を実現することは非常に難し力つた。因みに、画素間隔が大きいと情報の密度が低下してしまうため、大量の情報を高速で処理する用途には不適当なものとなってしまう。

[0011] 次に、他の従来技術について説明すると、例えば、米国特許第 4, 578, 321号公報には、画素間のギャップに X側及び Y側の駆動ラインを直線的に配線する技術が記載されている。これによれば、 X側の駆動ライン及び Y側の駆動ラインの選択した各 1本に駆動パルス電流を供給すると、それらが交差する近傍の 4個の画素は、対角の位置関係で、正逆の方向の磁束が通る領域と、磁束が通らない 2つの領域とが生じる。つまり 2本の駆動ラインを選択して 1つのターゲット画素のみの磁ィ匕方向を制御しょうとしても、対角に位置する画素には逆方向の磁束が漏洩する。この漏洩磁界は、特に画素の隅部に集中する。画素における磁区の反転は、磁束密度が高い隅部力起こり易、ので、ターゲット画素以外の画素にお!、て不必要な磁化反転 (ビットレートエラー）が生じる。

[0012] そこで前記の米国特許第 4, 578, 321号公報に記載されている発明では、ターゲット画素以外の画素における不必要な磁ィ匕反転 (ビットレートエラー）が生じるのを防止するために、画素の 4隅のうちの特定の 1箇所に、保磁力の小さな微小領域を形成しておき、駆動ラインからの弱い磁界で反転の核を形成し、ターゲット画素に有利に働く外部バイアス磁場を印加する構成が採用されている。しかし、外部バイアス磁場を利用するにあたっては、余分な制御が必要であり、更に外部バイアス磁場を高速に切り替えることは困難であり、空間光変調器の高速スイッチングの妨げとなる。また、配線をギャップ中に埋め込み、画素の側面力磁界を印加させる構造は、複雑で製作が難しぐ画素間隔の狭小化による高密度化を実現することは非常に難しい。発明の開示

[0013] 本発明が解決しょうとする課題には、画素数が多ぐ画素間隔が狭い、高密度の空間光変調器を実現できる駆動ラインの構成を提供すること、比較的小さな駆動パルス電流による磁界で、効率よくターゲット画素の磁ィ匕方向を制御できるようにすること、発熱量を抑えて動作の安定性の向上を図ること、画素間隔を狭小化でき、ターゲット画素以外の画素における不必要な磁ィヒ反転が生じずビットレートエラーの発生を低減でき、それによつて大量の情報を高速で処理できる磁気光学式空間光変調器を実現可能にすることが含まれる。

[0014] 前記の及び他の課題を解決するために、本発明の一態様は、磁気光学材料からなる磁性膜を具備し、該磁性膜内に、ファラデー効果により偏光方向を回転させる画素力多数、互いに離間した状態で X方向及び Y方向に 2次元的に配列され、各画素に沿って配線した駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界により各画素の磁ィ匕方向が個別に制御される磁気光学式空間光変調器であって、駆動ラインの全部もしくは一部が画素と画素の間隙部に配線され、その間隙部に配線された駆動ラインを隣接する画素で共用するようにした。

[0015] 例えば、 X側と Y側の駆動ラインは、ともに直線状に延び、それらの全部が画素と画素の間隙部に配線されているようにする。その場合、隣り合う X側の駆動ライン及び Z又は隣り合う Y側の駆動ラインが、 2ラインずつ一方の端部で短絡されてループを形成して!/ヽる構成とすることができる。

[0016] また、 X側と Υ側の駆動ラインは、各画素を 3Ζ4周ずつ回るような蛇行状をなし、それらの一部もしくは全部が画素の間隙部に配線されて、るようにしてもょ、。その場合、 X側の駆動ラインは、 X方向については各画素上もしくはその近傍を通り、 Υ方向については画素と画素の間隙部を通るように配線され、 Υ側の駆動ラインは、 Υ方向につヽては各画素上もしくはその近傍を通り、 X方向にっ、ては画素と画素の間隙部を通るように配線されて、る構成とすることができる。

[0017] その他、 X側と Υ側の、ずれか一方の駆動ラインは、直線状に延び、全部が画素と画素の間隙部に配線され、 2ラインずつ短絡されてループを形成しており、他方の駆動ラインは、各画素上もしくはその近傍を通り、往復で周回するように配線されている構成、あるいは一方の駆動ラインは、斜め 45度に配列されている画素に対して往復で周回するように配線され、他方の駆動ラインは、斜め— 45度に配列されている画素に対して往復で周回するように配線されてヽる構成などでもよヽ。

[0018] これらにおいて、画素と画素の間隙部は、画素間を磁気的に分離するための溝構造になっており、該溝内に駆動ラインの全部もしくは一部が埋め込まれるようにすることがでさる。

[0019] 本発明の他の態様は、ファラデー効果によって偏光方向の回転を与える画素が、多数、互いに離間した状態で X方向及び Υ方向に 2次元的に配列され、画素に沿つて配線した X側の駆動ライン及び Υ側の駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界により各画素の磁化方向を個別に制御する方式の磁気光学式空間光変調器において、 X側の駆動ライン及び Υ側の駆動ラインは、それぞれ X方向に配列されて、る画素及び Υ方向に配列されて、る画素の周縁上を真っ直ぐに延び（つづら折れ形状や渦巻き形状ではなく）、 X側と Υ側の駆動ラインによって各画素をその中心を除!、て「井」の字状に囲むように配線され、且つターゲット画素を「井」の字状に囲む X側と Υ側の駆動ライン力発生する磁界の方向がターゲット画素中心で一致するよつにした。

[0020] ここで、画素上の両側に配置された 2本の X側の駆動ライン及び 2本の Υ側の駆動ラインは、それらが対をなして、それぞれ一方の端部で短絡されてループが形成され

、それによつて折り返された往復形式とするのが好ましい。その場合、 X側及び Y側で各駆動ライン対の短絡部が画素配列領域の両側に交互に現れるようにすることができる。

[0021] X側と Y側の駆動ラインは、全長にわたって同じ幅としてもよいが、それらの交差部近傍での線幅が部分的に画素の内側に向力つて広げられている配線パターンとすることができる。具体的には、画素の外縁側が直線状、反対側の画素の内側が凹凸形状となって狭幅部分と広幅部分が形成され、且つ狭幅部分と広幅部分との間で線幅が直線的もしくは曲線的に徐々に変化する配線パターンとしてもよい。その場合、広幅部分は狭幅部分の 1. 5倍以上広く設定することができる。例えば、磁気光学素子部の主面に垂直な方向から見たときに角部を面取りしたようなパターンとする。また X 側及び Y側の駆動ラインは、その狭幅部分が画素の一辺の 10〜25%内側を覆!、、広幅部分が画素の一辺の 25〜45%内側を覆っており、磁気光学素子部の主面に垂直な方向力見た X側と Y側の駆動ラインが交差部で一致する配線パターンとすることができる。

[0022] 本発明の上記以外の特徴及びその目的とするところは、添付図面を参照しつつ本明細書の記載を読むことにより明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]図 1は本発明の一実施形態における駆動ラインと発生磁界の一例を示す説明図である。

[図 2]図 2は本発明の一実施形態に係る磁気光学式空間光変調器の製造方法の一実施例を示す工程説明図である。

[図 3]図 3は本発明の一実施形態における駆動ラインの他の例を示す説明図である。

[図 4]図 4は本発明の他の実施形態に係る磁気光学式空間光変調器の一実施例を示す説明図である。

[図 5]図 5は図 4の磁気光学式空間光変調器の断面図である。

[図 6]図 6は本発明の他の実施形態に係る磁気光学式空間光変調器の他の実施例を示す説明図である。 [図 7]図 7は磁気光学空間光変調器の一例を示す説明図である。

[図 8]図 8は基本動作の説明図である。

[図 9]図 9は従来技術における駆動ラインと発生磁界の一例を示す説明図である。符号の説明

[0024] 14 画素

32、 40 X側の駆動ライン

34、 42 Y側の駆動ライン

44、 46 端子

発明の詳細な説明

[0025] 本明細書における説明及び添付図面の記載により、少なくとも次の事項が明らかにされる。

[0026] 《第 1の実施形態》

磁気光学式空間光変調器は、磁性膜 (例えば、磁性ガーネット単結晶膜）中に、それぞれ独立に磁ィ匕方向を設定できファラデー効果により入射光に対して磁ィ匕方向に応じた偏光方向の回転を与える多数の画素が、互いに離間した状態で X方向及び Y 方向に 2次元的に配列されており、各画素に沿って配線した駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する磁界の合成磁界により各画素の磁化方向を個別に制御する構造である。ここで、駆動ラインの全部もしくは一部が画素と画素の間隙部に配線され、その間隙部に配線された駆動ラインを隣接する画素で共用するように構成されており、その点に特徴がある。

[0027] 駆動ライン構成の典型例を図 1に示す。図 1A及び図 1Bは、駆動ラインの平面バターンを表している。図 1Aに示す例では、 X側の駆動ライン 40 (横方向；点線で示す）と Y側の駆動ライン 42 (縦方向；実線で示す）は直線状に延び、それらの全部が画素 14と画素 14の間隙部に配線されている。各駆動ラインの端部は、独立に引き出されて端子 44, 46に接続されている。従って、各駆動ラインは完全に独立して駆動できる。これは、最も基本的なパターンである。重なり部分が少ないために、上側の駆動ラインの高さの低下、抵抗の減少などの効果が得られる。図 1Bに示す例でも、 X側の駆動ライン 40 (横方向；点線で示す)と Y側の駆動ライン 42 (縦方向；実線で示す）は直線状に延び、それらの全部が画素 14と画素 14の間隙部に配線されている。隣り合う X側の駆動ライン 40及び隣り合う Y側の駆動ライン 42が、 2ラインずつ交互に一方の端部で短絡されてループが形成され、引き出されて端子 44, 46に接続されている。従って、各駆動ラインは、 2本ずつペアで駆動される。隣り合う画素を同時に同方向に反転させることはできな、が、端子数は半減できる。

[0028] 画素間を磁気的に分離するために、画素と画素の間隙部を溝構造にすることがある。そのような溝構造の場合には、該溝内に駆動ラインの全部もしくは一部を埋め込むことができる。その様子を図 1Cに示す。図 1Cは、図 1Bの駆動ライン構成についての駆動形態の一例を示している。 X側駆動ライン 40及び Y側駆動ライン 42を、一端で 2本ずつ接続して通電している。通電により、 X側駆動ライン 40と Y側駆動ライン 42 の交点に位置する画素（図 1Bでは交差斜線で示すターゲット画素）が選択され、その画素の磁ィ匕方向が X側及び Y側の駆動パルス電流による合成磁界によって磁気飽和し磁ィ匕方向が反転する（図 1Cに白抜き矢印で示す)。但し、隣接する画素は、 X 側及び Y側の駆動ラインによる通電のタイミングが合致しな、ので磁気飽和せず、磁化方向は元の状態を保ったままである。この構成では、 4本の駆動ラインで 1個の画素を取り囲んでおり、そのため画素に均一磁界が作用し、確実に磁化方向を制御できる。

[0029] 駆動ラインの間隔があいているために、画素中心部での反転磁界は減少している力画素全体では反転磁界の磁界成分が増加しており、画素内部での体積当たり平均磁界は図 9Cに示す従来構成の 2倍以上になることが確認できた。

[0030] このように、本発明の駆動ライン構成では、従来構成に比べて効率よく反転磁界を印加することができ、駆動パルス電流値を低減することができる。消費電力は駆動電流の 2乗に比例するため、発生熱量は大きく減少し、更に発熱を抑制することができる。また図 1 A及び図 1Bからも分力ゝるように、本発明の駆動ライン構成は従来構成に比べ、総じて駆動ラインの長さが短い。そのため、駆動ラインの抵抗は更に減少し、消費電力と温度上昇を抑えることができる。

[0031] 更に本発明の駆動ライン構成では、発生する反転方向磁界は、画素内部で一様に平均的に発生するために、駆動ライン位置が適正な位置からずれた場合でも発生磁界成分の変動が少なくて済む。それに対して従来構成では、 2本の駆動ラインは点対称になっていないため、反転方向磁界成分の最大位置は画素中央部からずれており、更に反転方向の磁界成分は最大位置付近に集中している。そのため、最大磁界の発生する位置が画素端部側へ移動する方向に駆動ライン位置がずれてしま、、最大磁界の発生する位置が画素端部を越えてしまうと画素内部に発生する反転方向の磁界成分は大幅に減少してしまう。また、最大位置より遠方では磁界は反転方向と逆向きに発生して、るため、最大位置がずれた時の画素内部に発生する反転方向の磁界成分の合計は大きく変動してしまう。それに対して、本発明の駆動ライン構成は、従来構成に比べて駆動ライン設置における許容誤差が大きぐより容易に製造することが可能となる。

[0032] 次に、従来の駆動ライン構成で現れる画素と画素の間隙部での逆方向磁界の抑制について説明する。従来の駆動ライン構成では、駆動ラインが各画素を跨ぐ部分で小さなコイルが形成され、そのため反転方向とは逆方向の磁界が発生する。この逆方向の磁界は、各画素の間隙に発生し、画素上部の左右両端面にあるような逆方向の磁界を強めてしまい、磁ィ匕反転を妨げている。それに対して本発明の駆動ライン構成では、駆動ラインを隣接する画素間で共有しているために反転方向と逆方向に磁束が集中する場所が少なぐ磁ィ匕反転をより容易に行うことができる。即ち、駆動電流を低減することができ、温度上昇を抑えることができる。

[0033] 更に本発明の駆動ライン構成では、駆動ラインの全てまたは一部が間隙部近傍に配置しているため、図 1Cのように間隙部が溝となっている場合は、駆動ラインを溝内部に埋め込むことができる。駆動ラインを埋め込むと、最も強い磁界の発生する場所が画素内部に移動するので、画素に発生する反転磁界は更に増加する。磁場解析を用いて検証を行った結果、発生する反転磁界の平均は、画素中心と駆動ライン中心との平均距離にほぼ反比例することが分力つた。この構造にっ、て磁場解析を行つた結果を図 1Dに示す。符号 40は駆動ラインを示す。磁界が画素全体で反転方向に均一に発生するために効率よく反転磁界を発生することができ、従来構成の 3倍を超える平均反転磁界が得られる。

[0034] 以上説明したように、本発明の一実施形態に係る駆動ライン構成は従来構成に比ベて駆動ライン本数を減少させることができるため、製造が容易で駆動時の温度上昇も少ない。し力も、反転磁界をより効率よく画素に印加できるために、優れた電流効率と動作の安定性も得られる。

[0035] 図 2は、磁気光学式空間光変調器の製造方法の一例を示している。磁性膜 12は、例えば Bi置換希土類鉄ガーネット膜であり、 GGG基板上に液相ェピタキシャル成長によって約 3 m成膜したものである。ここでは GGG基板については、図示するのを省略している。図 2A〜図 2Dは工程を示し (A)〜（D)は以下の説明に対応しており、図 2E〜図 2Gは途中工程での平面状態を表している。

[0036] (A)磁性膜 12の全面に、スパッタ法ゃ蒸着法などにより A1膜 50を形成する。その後、画素形成領域のみにレジスト層 52を形成する。

[0037] (B)次に、レジスト層 52をマスクとして、イオンミリングにより画素同士の間隙領域の A 1膜を除去し、更にイオンミリングを進めて溝 54を形成する。従って、溝 54は、画素 14 の領域を除いて縦横に格子状に形成される（図 2の B参照)。ここでは、外周もイオンミリングされて凹部となっている。画素 14に対応する領域には、 A1膜 50が残り、光反射膜となる。

[0038] (C) SiO絶縁膜 56を形成後、スパッタ法、蒸着法、あるいはメツキ法などにより Cu膜

2

を埋め込み、 X側の駆動ライン 40を配線する（図 2C参照)。駆動ラインは、 Cuの他、 Auや A1などで作製してもよ、。

[0039] (D)更に、同様に、 SiO絶縁膜 56を形成後、スパッタ法、蒸着法、あるいはメツキ法

2

などにより Cu膜を埋め込み、 Y側の駆動ライン 42を配線する（図 2D参照)。この駆動ラインも、 Cuの他、 Auや A1などで作製してもよい。

[0040] このよう〖こすると、 X側の駆動ライン 40及び Y側の駆動ライン 42が溝（凹部） 54内に埋め込まれた磁気光学式空間光変調器が得られる。

[0041] 図 3は本発明の一実施形態に係る駆動ライン構成の他の例を示す説明図である。

図 3Aに示す例では、 X側と Y側の駆動ラインは、各画素を 3Z4周ずつ回るような蛇行状をなし、 X方向については各画素上もしくはその近傍を通り、 Y方向については画素と画素の間隙部を通るように配線され、 Y側の駆動ラインは、 Y方向については各画素上もしくはその近傍を通り、 X方向については画素と画素の間隙部を通るように配線されている。この構成は、駆動ラインが上下で重なっている部分が少なぐそのため上側の駆動ラインの位置を下げることができる。発生磁界の対称性が崩れているが、画素と画素の間隙部での逆向きの磁界の発生はなぐ 1画素当たりの駆動ラインの周回数が 6Z4であるために強、発生磁界が得られる。

[0042] 図 3Bに示す例では、 X側と Y側の駆動ラインは、各画素を 3Z4周ずつ回るような蛇行状をなし、それらの全部が画素の間隙部に配線されている。この構成では、駆動ラインが上下で重なっている部分が多くなる。しかし、画素同士の間隙部を溝構造にすれば、この欠点は解消できる。

[0043] 図 3Cに示す例では、 X側の駆動ラインは、直線状に延び、全部が画素と画素の間隙部に配線され、 2ラインずつ短絡されてループを形成しており、 Y側の駆動ラインは、各画素上もしくはその近傍を通り、往復で 1周回するように配線されている。この構成は、上下の駆動ラインで異なるパターンを用いているが、 1画素当たりの駆動ラインの周回数が 6Z4あるために強い発生磁界が得られる。このパターンは、駆動ラインの埋め込み化に適して、る。

[0044] 図 3Dに示す例では、一方の駆動ラインは、斜め 45度に配列されている画素に対して往復で 1周回するように配線され、他方の駆動ラインは、斜め—45度に配列されている画素に対して往復で 1周回するように配線されている。この構成は、駆動ラインの長さが端子毎に異なり、また隣り合う画素を同時に同方向に反転させることはできないが、画素当たりの駆動ラインの周回数が更に多く（周回数：2)、発生磁界もほぼ均一になる。

[0045] 以上の説明から分かるように、画素同士の磁気的な分離を溝構造で行い、その溝内に駆動ラインを収める構成は、、ずれの駆動ラインのパターンにも対応できるため好ましい。しかし、図 1A及び図 1B、図 3Aに示す構成などでは、駆動ラインの上下の重なりが少ないので、溝構造でなぐ例えば画素同士の磁気的な分離を、選択成長法により画素領域のみ単結晶化することで行うような構成でも十分対応できる。

[0046] 《第 2の実施形態》

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

[0047] 図 4は、本発明に係る磁気光学式空間光変調器の他の実施形態を示す説明図であり、画素形成領域を平面的に見た状態を示している。磁性膜 (例えば、磁性ガーネット単結晶膜）中に、それぞれ独立に磁ィ匕方向を設定できファラデー効果により入射光に対して磁ィ匕方向に応じた偏光方向の回転を与える多数の微小な画素 14が、互いに離間した状態で X方向（横方向）及び Y方向（縦方向）に 2次元的に配列されており、画素 14に沿って配線した X側と Y側の駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界により各画素の磁ィ匕方向を個別に制御する構造である。ここで、 X側の駆動ライン (横方向） 32と Y側の駆動ライン (縦方向） 34は、それぞれ X方向に配列されてヽる画素及び Y方向に配列されてヽる画素の周縁上を真っ直ぐに延び、 X側と Y側の駆動ラインによって各画素をその中心を除、て「井」の字状に囲むように配線され、且つ各駆動ライン力発生する磁界の方向が画素中心で一致するようになつている。

[0048] 具体的には、 X側の駆動ライン 32及び Y側の駆動ライン 34は、各画素 14上を、外縁が画素の周辺に沿ってそれぞれ往復で 1Z2周ずつするように、従って各画素は X 側と Y側とで合計 1周回するように配線する。この実施例では、 X側及び Y側の駆動ラインを配線する場合、全体にわたって同じ線幅で設計されている。そして、画素の両側に配置された 2本の X側の駆動ライン及び 2本の Y側の駆動ラインは、対をなし、それぞれ一方の端部で短絡されてループが形成されており、 X側及び Y側で各駆動ラインの短絡部が画素配列領域の両側に交互に現れるようにしている。従って、 1つの X側の駆動ラインを選択すると、その X側の駆動ラインの下方に位置する画素に対して往復で 1Z2周する。 Y側の駆動ラインに付いても同様である。このように短絡部を振り分けて配置すると、画素及び画素間隙が狭くなつても、容易に駆動部を配置することが可能となる。ここでは、 XI駆動ラインと Y1駆動ラインに電流 Iが流れている状態を示しており、それらが交わる位置の画素がターゲット画素となり、電流 Iはターゲット画素の周りを丁度 1周することになる。

[0049] 図 5は、その断面図である。磁性膜 12は、例えば Bi置換希土類鉄ガーネット膜であり、 GGG基板 24上に液相ェピタキシャル成長によって約 3 m成膜したものである。

[0050] 以下、本実施形態に適用しうる製造工程の一例について簡単に説明する。

[0051] (a)磁性膜 12の全面に、スパッタ法ゃ蒸着法などにより A1膜を形成する。その後、画素形成領域のみにレジスト層を形成する。画素寸法は、例えば、縦横 16 mの正方形であり、画素間隔は 2 mに設定している。試作品の画素数は、 16 X 16とした。

[0052] (b)次に、レジスト層をマスクとして、イオンミリングにより画素同士の間隙領域の A1膜を除去し、更にイオンミリングを進めて溝 42を形成する。従って、溝 42は、画素 14の領域を除いて縦横に格子状に形成される。溝の深さは 3 mとする。その後、 900°C でアニーリング処理を施す。画素 14に対応する領域には、 A1膜 40が残り、それが光反射膜となる。

[0053] (c) S102絶縁膜 44を形成後、画素 14の外縁に沿って横方向に、スパッタ法、蒸着法、あるいはメツキ法などにより Cu膜を形成し、 X側の駆動ライン 32を配線する。駆動ラインは、 Cuの他、 Auや A1などで作製してもよい。

[0054] (d)更に、同様に、 S102絶縁膜 46を形成後、画素 14の外縁に沿って縦方向に、スノッタ法、蒸着法、あるいはメツキ法などにより Cu膜を形成し、 Y側の駆動ライン 34を配線する。この駆動ラインも、 Cuの他、 Auや A1などで作製してもよい。

[0055] このようにすることで、 X側の駆動ライン 32及び Y側の駆動ライン 34が、各画素 14 を「井」の字に囲むように画素 14の上に形成された構造の磁気光学式空間光変調器が得られる。 X側及び Y側の駆動ラインを流れる電流の向きは、各駆動ラインを流れる電流によって発生する磁界の向きがターゲット画素に同じ向きに印加される。 X側の 2本の駆動ライン（1つのループ）の通電のみでは、発生する磁界は磁性膜の保磁力を超えることはできず、 X側の 2本の駆動ライン（1つのループ）と Y側の 2本の駆動ライン（1つのループ)への同時通電によってはじめて磁気飽和するように各電流値を設定する。

[0056] このような磁気光学式空間光変調器では、入射光は、 GGG基板 24及び磁性膜 12 を透過し、ミラー機能を果たす A1膜 40で全反射し、再び磁性膜 12及び GGG基板 2 4を透過して出射する。光の経路を矢印で示す。入射光が、画素に相当する磁性膜 12の部分を往復する際、そのファラデー効果によって偏光方向の回転が与えられる

[0057] 交差した 2本の駆動ライン力の漏れ磁界は、駆動ラインの交差部近傍に集中する。本発明では、 X側及び Y側の駆動ラインがいずれも画素上に位置しているので (画素の隅部よりも中央寄りに位置しているので）、画素の隅部での磁束密度は低減する。画素における磁区の反転は、一般に、隅部力も始まるので、このような画素と駆動ラインとの位置関係にすることで、磁界漏洩によるターゲット画素と対角の位置関係にある画素の磁ィ匕反転を抑制することができる。また、電流がターゲット画素の周囲を 1 周することで磁ィ匕反転を起こさせるので、 1本の駆動ラインを流れる電流値を半減でき、その点でもターゲット画素以外の画素における不必要な磁ィ匕反転を防止できる。

[0058] 図 6は、本実施形態に係る磁気光学式空間光変調器の他の実施例を示す説明図であり、画素配列領域を平面的に見た状態を示している。図 6Aに示すように、 X側の駆動ライン 52及び Y側の駆動ライン 54が、各画素 14を「井」の字状に囲み、 X側の駆動ライン 52と Y側の駆動ライン 54は、画素 14の外縁側は直線状、反対側の画素の内側は凹凸形状となって狭幅部分と広幅部分が形成され、且つ狭幅部分と広幅部分との間で線幅が直線的に徐々に変化する配線パターンとしている。つまり、画素配列領域を平面的に見て（図 6Aに示す状態)広幅部分の角を面取りしたようなバターンである。各駆動ラインは、画素の外縁に沿って画素の内側に配線される。そして、 X側の駆動ライン 52及び Y側の駆動ライン 54は、 2本ずつが組みとなり、それらの一端部で短絡されてループを構成している。なお、ここでも XI駆動ラインと Y1駆動ラインに電流 Iが流れて、る状態を示して、る。

[0059] 例えば、 X側の駆動ライン 52は図 3Bに示すように、また Y側の駆動ライン 54は図 3 Cに示すように、それぞれ狭幅部分 (幅を aで示す）は画素の一辺の 10〜25%内側を覆うような寸法とし、広幅部分 (幅を bで示す）は画素の一辺の 25〜45%内側を覆うような寸法とする。なお、広幅部分は狭幅部分に対して 1. 5倍以上広幅に設定する。また、 X側の駆動ライン 52と Y側の駆動ライン 54は、広幅部分の角の面取りパターンが、画素配列領域を平面的に見たときに丁度重なるような寸法に設定している。

[0060] 交差した 2本の駆動ライン力の漏れ磁界は、駆動ラインの交差部近傍に集中する。本実施例では、交差部分を広く設定しているので、配線の断面は大きくなり、画素の隅部での磁束密度は低減する。更に広幅となった駆動ラインが画素の隅部よりも中央寄りに位置するので、磁束は広がり、局所的な (画素の隅部での)集中が少ない。画素における磁区の反転は、一般に、隅部力始まるので、このような広幅面取りノターンにすることで磁界漏洩によるターゲット画素と対角の位置関係にある画素の磁ィ匕反転を抑制することができる。また、画素の隅部以外では狭幅部分となっているので、短い磁路でターゲット画素に磁界が効率よく印加され、少ない電流で磁化を反転させることができる。

[0061] X側と Y側の駆動ラインのパターン (広幅と狭幅の寸法)を種々変化させて空間光変調器を試作し、その動作を試験した。その結果、画素寸法が 16 m、画素間隔が 2 μ mの場合、狭幅寸法 aを 4 μ mとしたとき広幅寸法 bを 6 μ m以上としたときビットェラーが全く生じない極めて良好な結果が得られた。また、狭幅寸法 aを 2 mとしたとき広幅寸法 bを 4 μ m以上としたときもビットエラーが全く生じない良好な結果が得られた。

[0062] 以上詳細に説明したように、本発明の一実施形態に係る磁気光学式空間光変調器は、駆動ラインの全部もしくは一部が画素と画素の間隙部に配線され、その間隙部に配線された駆動ラインを隣接する画素で共用するように構成してヽるので、駆動ラインの長さを大幅に短縮できる。また、駆動ラインの間隔が半分になるので駆動ラインの断面積を増加させることが容易となり、電気抵抗が減少し表面積が増カロして放熱しゃすくなり、駆動ライン 1本当たりの温度上昇も抑制できる。そのため、全体の発熱量を低減でき、製造も容易となる。また、ターゲット画素に印加する反転磁界を増大することができるため、小型で画素数が多く信頼性の高い磁気光学式空間光変調器を実現できる。

[0063] 本発明の他の実施形態に係る磁気光学式空間光変調器では、 X側と Y側の駆動ラインは、真っ直ぐに延びて各画素をその中心を除、て「井」の字状に囲むように配線され、駆動ラインは画素の周縁上を通るように配線されるため、画素間を狭小化できる。また、各駆動ライン力も発生する磁界の方向が画素中心で一致するように構成されているので、必要な磁界がターゲット画素のみに有効に作用し、ターゲット画素以外の画素における不必要な磁ィ匕反転が生じずビットレートエラーの発生を低減できる。そのため大量の情報を高速で処理できる。

[0064] 更に、 X側と Y側の駆動ラインの交差部近傍での線幅が部分的に画素の内側に向力つて広げられている配線パターンにすると、画素の隅部での漏洩磁界がより一層低減し、広がった駆動ラインが画素の隅部よりも内側に位置するので局所的な磁束の集中が生じない。そのため、ターゲット画素以外の画素での磁ィ匕反転が生じず、ビットレートエラーが激減する。これらの理由により、画素の小型化、画素間隔の狭小化が可能となり、大容量の情報を高速で処理することが可能となる。

本発明の好適な実施形態について詳細に記載してきたが、添付の請求の範囲により定義される発明の精神及び範囲から離れることなぐこれらにおける種々の変更、置換、改造が可能であることが理解されるべきである。

Claims

請求の範囲

[1] 磁気光学材料カゝらなる磁性膜を具備し、該磁性膜内に、ファラデー効果により偏光方向を回転させる画素が、多数、互いに離間した状態で X方向及び Y方向に 2次元的に配列され、各画素に沿って配線した駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界により各画素の磁ィヒ方向が個別に制御される磁気光学式空間光変調器において、

駆動ラインの全部もしくは一部が画素と画素の間隙部に配線され、その間隙部に配線された駆動ラインを隣接する画素で共用するようにした

磁気光学式空間光変調器。

[2] X側と Y側の駆動ラインは、ともに直線状に延び、それらの全部が画素と画素の間隙部に配線されている請求項 1記載の磁気光学式空間光変調器。

[3] 隣り合う X側の駆動ライン及び Z又は隣り合う Y側の駆動ラインが、 2ラインずつ一方の端部で短絡されてループを形成している請求項 2記載の磁気光学式空間光変調^。

[4] X側と Y側の駆動ラインは、各画素を 3Z4周ずつ回るような蛇行状をなし、それらの一部もしくは全部が画素の間隙部に配線されている請求項 1記載の磁気光学式空間光変調器。

[5] X方向については各画素上もしくはその近傍を通り、 Y方向については画素と画素の間隙部を通るように配線され、 Y側の駆動ラインは、 Y方向については各画素上もしくはその近傍を通り、 X方向にっ、ては画素と画素の間隙部を通るように配線されてヽる請求項 4記載の磁気光学式空間光変調器。

[6] X側と Y側のいずれか一方の駆動ラインは、直線状に延び、全部が画素と画素の間隙部に配線され、 2ラインずつ短絡されてループを形成しており、他方の駆動ラインは、各画素上もしくはその近傍を通り、往復で周回するように配線されている請求項 1 記載の磁気光学式空間光変調器。

[7] 一方の駆動ラインは、斜め 45度に配列されている画素に対して往復で周回するように配線され、他方の駆動ラインは、斜め 45度に配列されている画素に対して往復で周回するように配線されている請求項 1記載の磁気光学式空間光変調器。

[8] 画素と画素の間隙部は、画素間を磁気的に分離するための溝構造になっており、該溝内に駆動ラインの全部もしくは一部が埋め込まれて、る請求項 1記載の磁気光学式空間光変調器。

[9] ファラデー効果によって偏光方向の回転を与える画素が、多数、互いに離間した状態で X方向及び Y方向に 2次元的に配列され、画素に沿って配線した X側の駆動ライン及び Y側の駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界により各画素の磁化方向を個別に制御する方式の磁気光学式空間光変調器であって、

X側の駆動ライン及び Y側の駆動ラインは、それぞれ X方向に配列されてヽる画素及び Y方向に配列されてヽる画素の周縁上を真っ直ぐに延び、 X側と Y側の駆動ラインによって各画素をその中心を除、て「井」の字状に囲むように配線され、且つターゲット画素を「井」の字状に囲む X側と Y側の駆動ライン力発生する磁界の方向がタ一ゲット画素中心で一致するようにした

磁気光学式空間光変調器。

[10] 画素上の両側に配置された 2本の X側の駆動ライン及び 2本の Y側の駆動ラインは対をなし、それぞれ一方の端部で短絡されてループが形成されており、 X側及び Y側で各駆動ライン対の短絡部が画素配列領域の両側に交互に現れるようにした請求項 9記載の磁気光学式空間光変調器。

[11] X側と Y側の駆動ラインは、それらの交差部近傍での線幅が部分的に画素の内側に向力つて広げられている請求項 9記載の磁気光学式空間光変調器。

[12] X側と Y側の駆動ラインは、それらの交差部近傍での線幅が部分的に画素の内側に向力つて広げられている請求項 10記載の磁気光学式空間光変調器。

[13] X側と Y側の駆動ラインは、画素の外縁側は直線状、反対側の画素の内側は凹凸形状となって狭幅部分と広幅部分が形成され、且つ狭幅部分と広幅部分との間で線幅が直線的もしくは曲線的に徐々に変化する配線パターンとなっている請求項 11記載の磁気光学式空間光変調器。

[14] X側と Y側の駆動ラインは、画素の外縁側は直線状、反対側の画素の内側は凹凸形状となって狭幅部分と広幅部分が形成され、且つ狭幅部分と広幅部分との間で線幅が直線的もしくは曲線的に徐々に変化する配線パターンとなっている請求項 12記載の磁気光学式空間光変調器。