WO2017213099A1 - 光変調器、光観察装置及び光照射装置 - Google Patents

光変調器、光観察装置及び光照射装置 Download PDF

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light
electro
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optical modulator
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國治 滝澤
田中　博
豊田　晴義
寧 大林
寛人 酒井
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a light modulator, a light observation device, and a light irradiation device.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose electro-optical elements.
  • the electro-optical device includes a substrate, a ferroelectric of KTN (KTa 1-x Nb x O 3) layer stacked on the substrate, a transparent electrode disposed on the front surface of KTN layer, disposed on the rear surface of the KTN layer Metal electrode.
  • KTN has four crystal structures depending on temperature, and is used as an electro-optical element when it has a perovskite crystal structure.
  • Such a KTN layer is formed on the seed layer formed on the metal electrode.
  • the KTN layer is sandwiched between a pair of electrodes.
  • the pair of electrodes is formed over the entire front and rear surfaces of the KTN layer. Therefore, when an electric field is applied to the KTN layer, the inverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect is increased, and there is a possibility that stable light modulation cannot be performed.
  • the present disclosure aims to provide a light modulator, a light observation device, and a light irradiation device capable of suppressing the inverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect and performing stable light modulation.
  • An optical modulator is an optical modulator that modulates input light and outputs the modulated light, and includes a first surface to which the input light is input, and a second surface that faces the first surface.
  • a perovskite type electro-optic crystal having a relative dielectric constant of 1000 or more, a first optical element disposed on the first surface of the electro-optic crystal and having a first electrode that transmits input light, and an electro-optic crystal
  • a second optical element that is disposed on the second surface of the first optical element and has a second electrode that transmits input light, and a drive circuit that applies an electric field between the first electrode and the second electrode.
  • the second electrode is arranged alone on the first surface, and at least one of the first electrode and the second electrode partially covers the first surface or the second surface.
  • the propagation direction of the input light and the application direction of the electric field are parallel.
  • An optical modulator is an optical modulator that modulates input light and outputs the modulated light, and includes a first surface to which the input light is input, and a second surface that faces the first surface.
  • a perovskite type electro-optic crystal having a relative dielectric constant of 1000 or more, a first optical element disposed on the first surface of the electro-optic crystal and having a first electrode that transmits input light, and an electro-optic crystal
  • a second optical element having a second electrode disposed on the second surface of the first optical element and reflecting input light toward the first surface; and a drive circuit for applying an electric field between the first electrode and the second electrode;
  • the first electrode is disposed alone on the first surface
  • the second electrode is disposed alone on the second surface, and at least one of the first electrode and the second electrode is the first surface or the second surface.
  • the surface is partially covered, and the propagation direction of the input light and the application direction of the electric field in the electro-optic crystal are parallel.
  • the light observation apparatus includes a light source that outputs input light, the above-described optical modulator, an optical system that irradiates the object with modulated light output from the optical modulator, and an output from the object. And a light detector for detecting light.
  • one form of light irradiation apparatus includes a light source that outputs input light, the light modulator described above, and an optical system that irradiates the object with the modulated light output from the light modulator.
  • the input light passes through the first electrode of the first optical element and is input to the input surface of the perovskite electro-optic crystal.
  • This input light can be output through the second optical element disposed on the back surface of the electro-optic crystal, or can be reflected and output by the second optical element.
  • an electric field is applied between the first electrode provided on the first optical element and the second electrode provided on the second optical element.
  • an electric field is applied to the electro-optic crystal having a high relative dielectric constant, and the input light can be modulated.
  • the first electrode and the second electrode are arranged one by one, and at least one of the first electrode and the second electrode partially covers the first surface or the second surface.
  • the reverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect is generated in the portion where the first electrode and the second electrode are opposed to each other, but the reverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect is not generated in the vicinity thereof. Therefore, the periphery of the portion where the first electrode and the second electrode are opposed functions as a damper.
  • the reverse piezoelectric effect and the electrostrictive effect can be suppressed as compared with the case where the entire first surface and the second surface are covered with electrodes. Therefore, the occurrence of resonance or the like is suppressed, and stable light modulation can be performed.
  • it further includes a transparent substrate having a first surface facing the second optical element, and a second surface that is the surface opposite to the first surface, and the transparent substrate includes the second optical element.
  • Input light transmitted through the element may be output.
  • the area ( ⁇ m 2 ) of at least one of the first electrode and the second electrode is 25 d 2 or less when the thickness ( ⁇ m) of the electro-optic crystal in the electric field application direction of the electro-optic crystal is d. It may be. In such an optical modulator, the inverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect can be effectively reduced.
  • the area of the first electrode may be larger or smaller than the area of the second electrode. In this case, the first electrode and the second electrode can be easily aligned.
  • the apparatus further comprises a third electrode electrically connected to the first electrode and a fourth electrode electrically connected to the second electrode, wherein the third electrode and the fourth electrode are electro-optic crystals. You may arrange
  • the first optical element is disposed between the third electrode electrically connected to the first electrode and the third electrode and the first surface, and reduces an electric field generated in the third electrode.
  • the drive circuit may apply an electric field to the first electrode through the third electrode. Since the third electrode is provided for connection with the drive circuit, the size and position of the first electrode can be freely designed. At this time, the insulating portion can suppress the electric field generated in the third electrode from affecting the electro-optic crystal.
  • one optical element may include a light reduction unit that covers the first surface around the first electrode and reduces light input from the periphery of the first electrode to the first surface.
  • the light reduction unit may be a reflective layer that reflects light.
  • the light reduction unit may be an absorption layer that absorbs light.
  • the light reduction unit may be a shielding layer that shields light.
  • the second electrode may be provided with a dielectric multilayer film that reflects input light. According to this configuration, input light can be efficiently reflected.
  • the second electrode may reflect input light. According to this configuration, it is not necessary to separately provide a reflective layer or the like on the second electrode side.
  • the electro-optic crystal is a KTa 1-x Nb x O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1) crystal, a K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ Y ⁇ 1)
  • a crystal or a PLZT crystal may be used. According to this configuration, an electro-optic crystal having a high relative dielectric constant can be easily realized.
  • a temperature control element that controls the temperature of the electro-optic crystal may be further provided. According to this configuration, the modulation accuracy can be further stabilized by keeping the temperature of the electro-optic crystal constant.
  • the light modulator the light observation apparatus, and the light irradiation apparatus according to the embodiment, it is possible to suppress the inverse piezoelectric effect or the electrostriction effect and perform stable light modulation.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an optical modulator according to a first embodiment. It is a figure which shows the relationship between a crystal axis, the advancing direction of light, and an electric field in retardation modulation. It is a figure which shows schematically the optical modulator which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure which shows schematically the optical modulator which concerns on 3rd Embodiment. It is a figure which shows schematically the optical modulator which concerns on 4th Embodiment. It is a figure which shows schematically the optical modulator which concerns on 5th Embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a light observation apparatus according to an embodiment.
  • the light observation apparatus 1A is, for example, a fluorescence microscope for imaging an object to be observed.
  • the light observation apparatus 1A irradiates the surface of the sample (object) S with the input light L1, and images the detection light L3 such as fluorescence or reflected light output from the sample S, thereby imaging the sample S. To get.
  • the sample S that is an observation object is, for example, a sample of a cell or a living body containing a fluorescent substance such as a fluorescent dye or fluorescent protein.
  • the sample S may be a sample such as a semiconductor device or a film.
  • the sample S emits detection light L3 such as fluorescence when irradiated with light (excitation light or illumination light) in a predetermined wavelength range.
  • the sample S is accommodated, for example, in a holder having transparency to at least the input light L1 and the detection light L3. For example, this holder is held on a stage.
  • the light observation apparatus 1A includes a light source 11, a condensing lens 12, a light modulator 100, a first optical system 14, a beam splitter 15, an objective lens 16, and a second lens.
  • the optical system 17, the photodetector 18, and the control unit 19 are provided.
  • the light source 11 outputs input light L1 including a wavelength that excites the sample S.
  • the light source 11 emits coherent light or incoherent light, for example.
  • the coherent light source include a laser light source such as a laser diode (LD).
  • the incoherent light source include a light emitting diode (LED), a super luminescent diode (SLD), a lamp light source, and the like.
  • the condensing lens 12 condenses the input light L1 output from the light source 11, and outputs the condensed input light L1.
  • the optical modulator 100 is arranged such that the propagation direction of the input light L1 and the direction of the applied electric field are parallel. Therefore, in the optical modulator 100, the propagation direction of the input light L1 and the application direction of the electric field in the electro-optic crystal 101 are parallel to each other.
  • the optical modulator 100 is an optical modulator that modulates the phase or retardation (phase difference) of the input light L ⁇ b> 1 output from the light source 11.
  • the optical modulator 100 modulates the input light L ⁇ b> 1 input from the condenser lens 12 and outputs the modulated modulated light L ⁇ b> 2 toward the first optical system 14.
  • the light modulator 100 in the present embodiment is configured as a transmission type, a reflection type light modulator may be used in the light observation apparatus 1A.
  • the optical modulator 100 is electrically connected to the controller 21 of the control unit 19 and constitutes an optical modulator unit.
  • the drive of the optical modulator 100 is controlled by the controller 21 of the control unit 19. Details of the optical modulator 100 will be described later.
  • the first optical system 14 optically couples the light modulator 100 and the objective lens 16. Thereby, the modulated light L2 output from the optical modulator 100 is guided to the objective lens 16. For example, the first optical system 14 focuses the modulated light L ⁇ b> 2 from the light modulator 100 on the pupil of the objective lens 16.
  • the beam splitter 15 is an optical element for separating the modulated light L2 and the detection light L3.
  • the beam splitter 15 transmits the modulated light L2 having the excitation wavelength and reflects the detection light L3 having the fluorescence wavelength.
  • the beam splitter 15 may be a polarizing beam splitter or a dichroic mirror.
  • the beam splitter 15 reflects the modulated light L2, and the fluorescence.
  • the wavelength detection light L3 may be transmitted.
  • the objective lens 16 condenses the modulated light L2 modulated by the light modulator 100 and irradiates the sample S, and guides the detection light L3 emitted from the sample S accordingly.
  • the objective lens 16 is configured to be movable along the optical axis by a driving element such as a piezoelectric actuator or a stepping motor. Thereby, the condensing position of the modulated light L2 and the focal position for detecting the detection light L3 can be adjusted.
  • the second optical system 17 optically couples the objective lens 16 and the photodetector 18. Thereby, the detection light L3 guided from the objective lens 16 is imaged by the photodetector 18.
  • the second optical system 17 includes a lens 17 a that forms an image of the detection light L3 from the objective lens 16 on the light receiving surface of the photodetector 18.
  • the photodetector 18 images the detection light L3 guided by the objective lens 16 and imaged on the light receiving surface.
  • the photodetector 18 is an area image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor.
  • the controller 19 includes a computer 20 including a control circuit such as a processor and an image processing circuit, a memory, and the like, and a controller 21 including a control circuit such as a processor and a memory, and electrically connected to the optical modulator 100 and the computer 20.
  • the computer 20 is, for example, a personal computer, a smart device, a microcomputer, or a cloud server.
  • the computer 20 controls the operations of the objective lens 16, the photodetector 18, and the like by the processor and executes various controls.
  • the controller 21 controls the phase modulation amount or the retardation modulation amount in the optical modulator 100.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of the optical modulator.
  • the optical modulator 100 is a transmissive optical modulator that modulates the input light L1 and outputs the modulated modulated light L2.
  • the electro-optic crystal 101, the light input unit 102, and the light output unit 106 of the optical modulator 100 are shown in cross section.
  • 2B is a diagram of the optical modulator 100 viewed from the optical input unit 102 side
  • FIG. 2C is a diagram of the optical modulator 100 viewed from the optical output unit 106 side.
  • the electro-optic crystal 101 has a plate shape having an input surface (first surface) 101a to which the input light L1 is input and a back surface (second surface) 101b facing the input surface 101a.
  • the electro-optic crystal 101 has a perovskite crystal structure and utilizes electro-optic effects such as Pockels effect and Kerr effect for refractive index change.
  • the electro-optic crystal 101 having a perovskite crystal structure is an isotropic crystal belonging to a cubic point group m3m and having a relative dielectric constant of 1000 or more.
  • the relative dielectric constant of the electro-optic crystal 101 can take a value of about 1000 to 20000, for example.
  • Examples of the electro-optic crystal 101 include a KTa 1-x Nb x O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1) crystal (hereinafter referred to as “KTN crystal”), a K 1-y Li y Ta 1-x Nb x, and the like. O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) crystal, PLZT crystal, and the like. Specifically, BaTiO 3 , K 3 Pb 3 (Zn 2 Nb 7 ) O 27 , K (Ta 0. 65 Nb 0.35 ) P 3 , Pb 3 MgNb 2 O 9 , Pb 3 NiNb 2 O 9 and the like. In the optical modulator 100 of this embodiment, a KTN crystal is used as the electro-optic crystal 101.
  • FIG. 3A is a perspective view showing the relationship between the crystal axis, the traveling direction of light, and the electric field in retardation modulation
  • FIG. 3B is a diagram showing each axis in plan view. The example shown in FIG.
  • the retardation modulation is performed by inputting light parallel or perpendicular to the new axis. It can be performed.
  • an electric field is applied in the application direction 1102 of the crystal 1104.
  • the propagation direction 1101 of the input light L1 is parallel to the application direction 1102 of the electric field.
  • the Kerr coefficients used for modulation of the input light L1 are g11, g12, and g44.
  • the relative permittivity of the KTN crystal is easily affected by temperature.
  • the relative permittivity is the largest at around ⁇ 5 ° C., about 20000, and the relative permittivity decreases to about 5000 at around 20 ° C., which is normal temperature. Therefore, the temperature of the electro-optic crystal 101 is controlled to around ⁇ 5 ° C. by a temperature control element P such as a Peltier element.
  • the light input unit 102 includes a transparent electrode (first electrode) 103, a connection electrode (third electrode) 104, and an insulating unit 105.
  • the transparent electrode 103 is disposed on the input surface 101 a of the electro-optic crystal 101.
  • the transparent electrode 103 is made of, for example, ITO (indium tin oxide) and transmits the input light L1. That is, the input light L1 passes through the transparent electrode 103 and is input into the electro-optic crystal 101.
  • the transparent electrode 103 has, for example, a rectangular shape in plan view, and partially covers the input surface 101a.
  • the area ( ⁇ m 2 ) of the transparent electrode 103 may be 25 d 2 or less when the thickness of the electro-optic crystal 101 in the electric field application direction is d ( ⁇ m).
  • the transparent electrode 103 is formed as a single unit at approximately one center of the input surface 101a and is separated from the periphery of the input surface 101a. Such a transparent electrode 103 can be formed, for example, by depositing ITO on the input surface 101a of the electro-optic crystal 101 using a mask pattern.
  • the insulating part 105 is formed on the input surface 101a.
  • the insulating portion 105 is in contact with the transparent electrode 103 and is uniformly formed on the input surface 101 a to the edge on one side of the transparent electrode 103.
  • the height of the insulating part is formed lower than the height of the transparent electrode 103, for example.
  • the insulating part is an insulating film formed of an insulator such as SiO 2 (silicon dioxide) or HfO 2 (hafnium oxide).
  • a connecting electrode 104 is formed on the insulating portion 105. That is, the insulating part 105 is disposed between the input surface 101 a and the connection electrode 104. As a result, the insulating part 105 has such a thickness that most of the electric field generated at the connection electrode 104 is applied to the insulating part and the electric field applied to the electro-optic crystal 101 is ignored.
  • connection electrode 104 is electrically connected to the transparent electrode 103.
  • the connection electrode 104 has a thin wire-like lead portion 104a whose one end is electrically connected to the transparent electrode 103, and a rectangular main body portion 104b which is electrically connected to the other end of the lead portion 104a. is doing.
  • the area of the main body 104 b is larger than that of the transparent electrode 103.
  • the main body 104b extends to the periphery of the input surface 101a.
  • one side 104c of the main body 104b having a rectangular shape coincides with the periphery of the input surface 101a of the electro-optic crystal 101.
  • connection electrode 104 may be formed of a transparent material such as ITO similarly to the transparent electrode 103. In addition to the transparent material, it may be formed of another conductive material that does not transmit the input light L1. For example, the connection electrode 104 can be formed by evaporating ITO on the insulating portion 105 using a mask pattern.
  • the light output unit 106 includes a transparent electrode (second electrode) 107, a connection electrode (fourth electrode) 108, and an insulating unit 109.
  • the transparent electrode 107 is disposed on the back surface 101 b of the electro-optic crystal 101.
  • the transparent electrode 107 is formed of, for example, ITO, like the transparent electrode 103, and transmits the input light L1. That is, the input light L1 input into the electro-optic crystal 101 and subjected to phase modulation or retardation modulation can be output from the transparent electrode 107 as modulated light L2.
  • the transparent electrode 107 has a rectangular shape in plan view, for example, and partially covers the back surface 101b.
  • the area ( ⁇ m 2 ) of the transparent electrode 107 may be 25 d 2 or less when the thickness of the electro-optic crystal 101 in the electric field application direction is d ( ⁇ m).
  • the transparent electrode 107 is formed as a single unit at approximately one center of the back surface 101b and is separated from the periphery of the back surface 101b. Further, the area of the transparent electrode 107 is larger than that of the transparent electrode 103 in plan view. Further, the center of the transparent electrode 107 and the center of the transparent electrode 103 substantially coincide with each other in the optical axis direction. Therefore, when viewed in the optical axis direction, the entire transparent electrode 103 fits inside the transparent electrode 107.
  • the insulating part 109 is formed on the back surface 101b.
  • the insulating portion 109 is in contact with the transparent electrode 107 and is uniformly formed on the back surface 101b up to one edge of the transparent electrode 107.
  • the height of the insulating portion is formed lower than the height of the transparent electrode 107, for example.
  • the insulating part is an insulating film formed of an insulator such as SiO 2 or HfO 2 .
  • a connection electrode 108 is formed on the insulating portion 109. That is, the insulating portion 109 is disposed between the back surface 101 b and the connection electrode 108. Thereby, the insulating part 109 insulates the electric field generated at the connection electrode 108.
  • connection electrode 108 is electrically connected to the transparent electrode 107.
  • the connection electrode 108 has a thin wire-like lead portion 108a whose one end is electrically connected to the transparent electrode 107, and a rectangular main body portion 108b which is electrically connected to the other end of the lead portion 108a. is doing.
  • the area of the main body portion 108 b is larger than that of the transparent electrode 107.
  • the main body 108b extends to the periphery of the back surface 101b.
  • one side 108 c of the rectangular main body 108 b coincides with the periphery of the back surface 101 b of the electro-optic crystal 101.
  • connection electrode 108 may be formed of a transparent material such as ITO similarly to the transparent electrode 107. In addition to the transparent material, it may be formed of another conductive material that does not transmit the input light L1.
  • the connection electrode 108 can be formed by evaporating ITO on the insulating portion 109 using a mask pattern.
  • the area of the main body part 108 b may be substantially the same as the area of the main body part 104 b of the light input unit 102. Further, the area of the main body 108 b may be smaller than the area of the surface of the transparent electrode 107.
  • the drive circuit 110 applies an electric field between the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107.
  • the drive circuit 110 is electrically connected to the connection electrode 104 and the connection electrode 108.
  • the drive circuit 110 inputs an electric signal to the connection electrode 104 and the connection electrode 108 and applies an electric field between the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107.
  • Such a drive circuit 110 is controlled by the control unit 19.
  • the input light L1 passes through the transparent electrode 103 of the light input unit 102 and is input to the input surface 101a of the perovskite type electro-optic crystal 101.
  • the input light L1 passes through the light output unit 106 disposed on the back surface 101b of the electro-optic crystal 101 and is output.
  • an electric field is applied between the transparent electrode 103 provided in the light input unit 102 and the transparent electrode 107 provided in the light output unit 106.
  • an electric field is applied to the electro-optic crystal 101 having a high relative dielectric constant, and the input light L1 can be modulated.
  • the transparent electrode 103 partially covers the input surface 101a.
  • the area ( ⁇ m 2 ) of the transparent electrode 103 is preferably 25 d 2 or less when the thickness of the electro-optic crystal 101 in the electric field application direction is d ( ⁇ m).
  • the transparent electrode 107 partially covers the back surface 101b.
  • the area ( ⁇ m 2 ) of the transparent electrode 107 may be 25 d 2 or less when the thickness of the electro-optic crystal 101 in the electric field application direction is d ( ⁇ m).
  • the reverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect is generated in the portion where the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107 are opposed to each other, but the reverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect is not generated in the vicinity thereof.
  • the periphery of the portion where the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107 are opposed functions as a damper.
  • the reverse piezoelectric effect or the electrostrictive effect can be suppressed as compared with the case where the entire input surface 101a and the back surface 101b are covered with electrodes. Therefore, the occurrence of resonance or the like is suppressed, and stable light modulation can be performed.
  • the area of the transparent electrode 103 is smaller than the area of the transparent electrode 107, the alignment between the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107 can be easily performed.
  • the optical input unit 102 includes a connection electrode 104 electrically connected to the transparent electrode 103 and an insulating unit 105 that shields an electric field generated in the connection electrode 104.
  • the drive circuit 110 applies an electric field between the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107 via the connection electrode 104.
  • the connection electrode 104 is provided for connection to the drive circuit 110, the size, position, and the like of the transparent electrode 103 can be freely designed.
  • the insulating portion 105 can suppress the electric field generated at the connection electrode 104 from affecting the electro-optic crystal 101.
  • the size, position, etc. of the transparent electrode 107 can be designed freely. In addition, it is possible to suppress the electric field generated at the connection electrode 108 from affecting the electro-optic crystal 101.
  • the temperature control element P for controlling the temperature of the electro-optic crystal 101 since the temperature control element P for controlling the temperature of the electro-optic crystal 101 is provided, the temperature of the electro-optic crystal 101 can be kept constant. Thereby, the modulation accuracy can be further stabilized.
  • the temperature control by the temperature control element P may be applied not only to the electro-optic crystal 101 but also to the entire optical modulator 100.
  • the optical modulator 200 according to the present embodiment is different from the optical modulator 100 according to the first embodiment in that the optical input unit 202 includes a light reduction unit.
  • the optical input unit 202 includes a light reduction unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of the optical modulator 200.
  • the optical modulator 200 includes an electro-optic crystal 101, a light input unit 202, a light output unit 106, and a drive circuit 110.
  • FIG. 4A the electro-optic crystal 101, the light input unit 202, and the light output unit 106 of the light modulator 200 are shown in cross section.
  • FIG. 2B is a diagram of the optical modulator 200 viewed from the optical input unit 202 side.
  • the light input unit 202 includes a transparent electrode 103, a connection electrode 104, an insulating unit 105, and a light reduction layer 205.
  • the light reduction layer 205 is formed on the surface of the input surface 101a excluding the portion where the transparent electrode 103 and the insulating portion 105 are formed. That is, the entire input surface 101 a is covered with the transparent electrode 103, the insulating portion 105, and the light reduction layer 205.
  • the light reduction layer 205 suppresses transmission of the input light L ⁇ b> 1 into the electro-optic crystal 101.
  • the light reduction layer is formed of a material such as a black resist in which carbon is dispersed in an epoxy-based UV curable resin, for example.
  • the insulating part 105 is formed of a material that does not transmit the input light L1.
  • a material include a black resist in which carbon is dispersed in an epoxy-based UV curable resin.
  • the input surface 101 a is covered with the light reduction layer 205 and the insulating portion 105 around the transparent electrode 103.
  • the light reduction layer 205 and the insulating portion 105 reduce light input to the input surface 101a from a portion other than the transparent electrode 103. That is, the light reduction unit 207 is configured by the light reduction layer 205 and the insulating unit 105. By providing such a light reduction unit 207, it is possible to prevent the input light L1 from interfering with other light in the electro-optic crystal 101.
  • the light reduction unit 207 may be any of a reflection layer formed by a layer that reflects light, an absorption layer formed by a layer that absorbs light, and a shielding layer formed by a layer that blocks light. . Further, when the light reduction layer 205 and the insulating portion 105 are formed of the same material, the light reduction layer 205 and the insulating portion 105 may be integrally formed.
  • the configuration of the optical output unit 306 is different from that of the optical modulator 100 of the first embodiment.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of the optical modulator 300.
  • the optical modulator 300 includes an electro-optic crystal 101, a light input unit 102, a light output unit 306, and a drive circuit 110.
  • the electro-optic crystal 101, the light input unit 102, and the light output unit 306 of the optical modulator 300 are shown in cross section.
  • the light output unit 306 includes a transparent electrode (second electrode) 307.
  • the transparent electrode 307 is disposed on the back surface 101 b of the electro-optic crystal 101. Similar to the transparent electrode 103, the transparent electrode 307 is formed of, for example, ITO and transmits the input light L1. That is, the input light L1 input into the electro-optic crystal 101 and subjected to phase modulation or retardation modulation can be output from the transparent electrode 307 as modulated light L2. In the present embodiment, the transparent electrode 307 is formed on the entire back surface 101b.
  • the drive circuit 110 is electrically connected to the connection electrode 104 and the transparent electrode 307, and applies an electric field between the transparent electrode 103 and the transparent electrode 307.
  • the optical modulator 400 according to the present embodiment is different from the optical modulator 300 of the third embodiment in that an optical input unit 202 is provided instead of the optical input unit 102.
  • an optical input unit 202 is provided instead of the optical input unit 102.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of the optical modulator 400.
  • the optical modulator 400 includes an electro-optic crystal 101, a light input unit 202, a light output unit 306, and a drive circuit 110.
  • the electro-optic crystal 101, the light input unit 202, and the light output unit 306 of the optical modulator 400 are shown in cross section.
  • the light input unit 202 includes a transparent electrode 103, a connection electrode 104, an insulating unit 105, and a light reduction layer 205.
  • the light reduction unit 207 is configured by the light reduction layer 205 and the insulating unit 105. Thereby, it can suppress that input light L1 inputs from other than the transparent electrode 103 with respect to the input surface 101a.
  • the light reduction unit 207 is any of a reflection layer formed by a layer that reflects light, an absorption layer formed by a layer that absorbs light, and a shielding layer formed by a layer that blocks light. Also good.
  • the light reduction layer 205 and the insulating portion 105 may be integrally formed.
  • the drive circuit 110 is electrically connected to the connection electrode 104 and the transparent electrode 307, and applies an electric field between the transparent electrode 103 and the transparent electrode 307.
  • the shape of the electro-optic crystal 501 is different from that of the optical modulator 100 of the first embodiment.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 7 is a diagram showing an outline of the optical modulator 500.
  • the optical modulator 500 includes an electro-optic crystal 501, a light input unit 102, a light output unit 106, and a drive circuit 110.
  • FIG. 7A the electro-optic crystal 501, the light input unit 102, and the light output unit 106 of the light modulator 500 are shown in cross section.
  • 7B is a diagram of the optical modulator 500 viewed from the optical input unit 102 side
  • FIG. 7C is a diagram of the optical modulator 500 viewed from the optical output unit 106 side.
  • the electro-optic crystal 501 has a plate shape having an input surface (first surface) 501a to which the input light L1 is input and a back surface (second surface) 501b facing the input surface 501a. ing.
  • the electro-optic crystal 501 is the same material as the electro-optic crystal 101 of the first embodiment, for example, a KTN crystal.
  • the shape of the light input unit 102 and the light output unit 106 is the same as that of the first embodiment, whereas the shape of the electro-optic crystal 501 is compared to the electro-optic crystal 101 of the first embodiment. And compact. Accordingly, the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107 are arranged so as to be shifted to one side (lower side in FIGS. 7B and 7C) from the centers of the input surface 101a and the back surface 101b, respectively. In the illustrated example, the periphery of the transparent electrode 103 is separated from the periphery of the input surface 501a. On the other hand, one side 107a of the transparent electrode 107 having a rectangular shape coincides with the periphery of the back surface 101b.
  • the configurations of the optical input unit 602 and the optical output unit 606 are different from those of the optical modulator 100 of the first embodiment.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is a diagram showing an outline of the optical modulator 600.
  • the optical modulator 600 includes an electro-optic crystal 101, a light input unit 602, a light output unit 606, and a drive circuit 110.
  • the electro-optic crystal 101, the light input unit 602, and the light output unit 606 of the optical modulator 600 are shown in cross section.
  • the light input unit 602 includes a transparent electrode 103, an insulating unit 605, and a connecting transparent electrode 604.
  • the insulating part 605 is formed on the entire surface of the input surface 101a except for the position where the transparent electrode 103 is formed.
  • the insulating part 605 is an insulating film formed of an insulator such as SiO 2 or HfO 2 .
  • the insulating unit 605 may further have a property of not transmitting the input light L1. In this case, the insulating part 605 can function as a light reducing part.
  • the height of the insulating portion 605 is formed to be substantially the same as the height of the transparent electrode 103.
  • the connecting transparent electrode 604 is formed on the entire surface of the transparent electrode 103 and the insulating portion 605. Accordingly, the connection transparent electrode 604 is electrically connected to the transparent electrode 103.
  • the input light L1 is input to the transparent electrode 103 from the connection transparent electrode 604 side. Therefore, the connection transparent electrode 604 is formed of a material that transmits the input light L1.
  • the transparent electrode for connection 604 may be formed of ITO similarly to the transparent electrode 103.
  • the light output unit 606 includes a transparent electrode 107, an insulating unit 609, and a connecting transparent electrode 608.
  • the insulating part 609 is formed on the entire surface of the back surface 101b except for the position where the transparent electrode 107 is formed.
  • the insulating part 609 is an insulating film formed of an insulator such as SiO 2 or HfO 2 .
  • the insulating unit 609 may further have a property of not transmitting the input light L1. In this case, the insulating part 609 can function as a light reducing part.
  • the height of the insulating portion 609 is formed to be substantially the same as the height of the transparent electrode 107.
  • connection transparent electrode 608 is formed on the entire surface of the transparent electrode 107 and the insulating portion 609. Thereby, the connecting transparent electrode 608 is electrically connected to the transparent electrode 107.
  • the modulated light L2 is output from the transparent electrode 107 via the connection transparent electrode 608. Therefore, the connection transparent electrode 608 is formed of a material that transmits the modulated light L2.
  • the connection transparent electrode 608 may be formed of ITO, similar to the transparent electrode 107.
  • the drive circuit 110 is electrically connected to the connection transparent electrode 604 and the connection transparent electrode 608, and applies an electric field between the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107.
  • the optical modulator 700 according to this embodiment is different from the optical modulator 600 of the sixth embodiment in that the electro-optic crystal 101 is supported on the transparent substrate 713.
  • points different from the seventh embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 9 is a diagram showing an outline of the optical modulator 700.
  • the optical modulator 700 includes an electro-optic crystal 101, a light input unit 602, a light output unit 606, and a drive circuit 110.
  • the electro-optic crystal 101, the light input unit 602, and the light output unit 606 of the optical modulator 700 are shown in cross section.
  • the thickness of the electro-optic crystal 101 in the present embodiment in the optical axis direction can be set to 50 ⁇ m or less, for example.
  • the back surface 101b side of the electro-optic crystal 101 is supported by a transparent substrate 713 that transmits the modulated light L2.
  • the transparent substrate 713 is formed in a flat plate shape using a material such as glass, quartz, or plastic.
  • the transparent substrate 713 is an output surface (second surface) 713b from which the modulated light L2 is output, and a surface opposite to the output surface 713b, and faces the light output unit 606 formed on the electro-optic crystal 101.
  • a surface (first surface) 713a a surface (first surface) 713a.
  • a transparent electrode 715 made of, for example, ITO is formed on the input surface 713a of the transparent substrate 713.
  • the transparent electrode 715 is formed on the entire input surface 713a.
  • the transparent electrode 715 can be formed by depositing ITO on the input surface 713a of the transparent substrate 713.
  • the connecting transparent electrode 608 formed on the electro-optic crystal 101 and the transparent electrode 715 formed on the transparent substrate 713 are bonded to each other by a transparent adhesive layer 717.
  • the transparent adhesive layer 717 is formed of, for example, an epoxy adhesive and transmits the modulated light L2.
  • a conductive member 717a such as a metal sphere is disposed in the transparent adhesive layer 717.
  • the conductive member 717a is in contact with both the transparent electrode for connection 608 and the transparent electrode 715, and electrically connects the transparent electrode for connection 608 and the transparent electrode 715 to each other.
  • the conductive member 717a is disposed at the four corners of the transparent adhesive layer 717 in plan view.
  • the size of the transparent substrate 713 on the input surface 713a side in plan view is larger than the back surface 101b of the electro-optic crystal 101. Therefore, in a state where the electro-optic crystal 101 is supported on the transparent substrate 713, a part of the transparent electrode 715 formed on the transparent substrate 713 becomes an exposed portion 715a exposed to the outside.
  • the drive circuit 110 is electrically connected to the exposed portion 715a and the connecting transparent electrode 604. That is, the drive circuit 110 is electrically connected to the transparent electrode 107 via the transparent electrode 715, the conductive member 717 a and the connection transparent electrode 608, and electrically connected to the transparent electrode 103 via the connection transparent electrode 604. Connected. Accordingly, the drive circuit 110 can apply an electric field between the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107.
  • the phase modulation or the retardation modulation can be performed better by forming the electro-optic crystal 101 thin in the optical axis direction.
  • the electro-optic crystal 101 may be damaged by an external impact or the like.
  • the electro-optic crystal 101 is protected from an external impact or the like by being supported by the transparent substrate 713.
  • the optical modulator 800 according to the present embodiment is different from the optical modulator 100 of the first embodiment in that it is a reflection type optical modulator.
  • a reflection type optical modulator When a reflection type optical modulator is used, the input light L1 is guided to the optical modulator, and the modulated light L2 modulated by the optical modulator is guided to the first optical system 14 or the like.
  • An optical element can be used.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 10 is a diagram showing an outline of the optical modulator 800.
  • the optical modulator 800 is a reflective optical modulator that modulates the input light L1 and outputs the modulated modulated light L2.
  • the optical modulator 800 and the optical input / output unit (first input / output unit) An optical element) 802, a light reflecting portion (second optical element) 806, and a drive circuit 110.
  • the electro-optic crystal 101, the light input / output unit 802, and the light reflection unit 806 of the optical modulator 800 are shown in cross section.
  • the thickness of the electro-optic crystal 101 in the present embodiment in the optical axis direction can be set to 50 ⁇ m or less, for example.
  • the back surface 101 b side of the electro-optic crystal 101 is supported by the substrate 813.
  • the substrate 813 is formed in a flat plate shape.
  • the substrate 813 has a first surface 813a that faces the light reflecting portion 806 formed on the electro-optic crystal 101, and a second surface 813b that is the surface opposite to the first surface 813a.
  • An electrode 815 is formed on the first surface 813 a of the substrate 813.
  • the electrode 815 is formed on the entire surface of the first surface 813a.
  • the light input / output unit 802 includes a transparent electrode (first electrode) 803, a connection electrode (third electrode) 104, an insulating unit 105, and a light reduction layer 205.
  • the transparent electrode 803 is disposed on the input surface 101 a of the electro-optic crystal 101.
  • the transparent electrode 803 is made of, for example, ITO and transmits the input light L1.
  • the input light L 1 passes through the transparent electrode 803 and is input into the electro-optic crystal 101.
  • the transparent electrode 803 is formed at one place in the center of the input surface 101a and partially covers the input surface 101a.
  • the area ( ⁇ m 2 ) of the transparent electrode 803 may be 25 d 2 or less when the thickness of the electro-optic crystal 101 in the electric field application direction is d ( ⁇ m).
  • the transparent electrode 803 has, for example, a rectangular shape in plan view. That is, the transparent electrode 803 is separated from the periphery of the input surface 101a.
  • Such a transparent electrode 803 can be formed, for example, by depositing ITO on the input surface 101a of the electro-optic crystal 101 using a mask pattern.
  • the light reflecting portion 806 includes a transparent electrode (second electrode) 807, a connection electrode (fourth electrode) 108, an insulating portion 109, and a dielectric multilayer film 809.
  • the transparent electrode 807 is disposed on the back surface 101 b of the electro-optic crystal 101.
  • the transparent electrode 807 is formed at one location in the center of the back surface 101b and partially covers the back surface 101b.
  • the area ( ⁇ m 2 ) of the transparent electrode 807 may be 25 d 2 or less when the thickness of the electro-optic crystal 101 in the electric field application direction is d ( ⁇ m unit).
  • the transparent electrode 807 has, for example, a rectangular shape in plan view.
  • the transparent electrode 807 is separated from the periphery of the back surface 101b. Similar to the transparent electrode 803, the transparent electrode 807 is made of, for example, ITO and transmits the input light L1. That is, the input light L1 input into the electro-optic crystal 101 and subjected to phase modulation or retardation modulation can pass through the transparent electrode 807 as the modulated light L2.
  • a dielectric multilayer film 809 capable of efficiently reflecting light is provided on the surface of the connection electrode 108 provided on the transparent electrode 807.
  • the connection electrode 108 is a transparent electrode.
  • the connection electrode 108 and the dielectric multilayer film 809 reflect the modulated light L2 transmitted through the transparent electrode 807 toward the transparent electrode 803 formed on the input surface 101a.
  • the dielectric multilayer film 809 can be formed by evaporating a material such as a high refractive index substance (Ta 2 O 5 ) and a low refractive index substance (SiO 2 ) on the surface of the transparent electrode 807. It is also possible to reflect the modulated light L2 using the connection electrode 108 as a reflective electrode. In this case, the dielectric multilayer film 809 is unnecessary.
  • connection electrode 108 formed on the electro-optic crystal 101 and the electrode 815 formed on the substrate 813 are bonded to each other by an adhesive layer 817.
  • the adhesive layer 817 is formed of, for example, an epoxy adhesive.
  • a conductive member 817a such as a metal sphere is disposed in the adhesive layer 817.
  • the conductive member 817a is in contact with both the connection electrode 108 and the electrode 815, and electrically connects the connection electrode 108 and the electrode 815 to each other.
  • the conductive member 817a is disposed at the four corners of the adhesive layer 817 in plan view.
  • the electrode 815 has an exposed portion 815a, a part of which is exposed to the outside.
  • the drive circuit 110 is electrically connected to the exposed portion 815a and the connection electrode 104.
  • the area of the transparent electrode 807 is smaller than that of the transparent electrode 803.
  • the center of the transparent electrode 807 and the center of the transparent electrode 803 substantially coincide with each other in the optical axis direction.
  • the input light L1 is inclined with respect to the reflecting surface of the dielectric multilayer film 809
  • the reflected modulated light L2 is likely to pass through the transparent electrode 803.
  • the electro-optic crystal 101 is supported by the substrate 813, thereby protecting the electro-optic crystal 101 from an external impact or the like, as in the seventh embodiment.
  • the optical modulator 900 according to the present embodiment is different from the optical modulator 100 of the first embodiment in that an optical output unit 906 is provided instead of the optical output unit 106.
  • an optical output unit 906 is provided instead of the optical output unit 106.
  • FIG. 11 is a diagram showing an outline of the optical modulator 900.
  • the optical modulator 900 includes an electro-optic crystal 101, a light input unit 102, a light output unit 906, and a drive circuit 110.
  • the electro-optic crystal 101, the light input unit 102, and the light output unit 906 of the light modulator 900 are shown in cross section.
  • 11B is a diagram of the optical modulator 900 viewed from the optical input unit 102 side
  • FIG. 11C is a diagram of the optical modulator 900 viewed from the optical output unit 906 side.
  • the light output unit 906 includes a transparent electrode 107, a connection electrode 908, and an insulating unit 909.
  • the connection electrode 908 is connected to the transparent electrode 107 and the drive circuit 110 in the same manner as the connection electrode 108 in the first embodiment.
  • the insulating part 909 is disposed between the back surface 101b and the connection electrode 908, similarly to the insulating part 109 in the first embodiment.
  • the connection electrode 908 is disposed in the opposite direction to the connection electrode 104 of the light input unit 102.
  • the insulating unit 909 of the light output unit 906 is disposed in the opposite direction to the insulating unit 105 of the light input unit 102.
  • connection electrode 104 and the insulating part 105 are arranged on the input surface 101 a and the position where the connection electrode 908 and the insulating part 909 are arranged on the back surface 101 b are relative to the transparent electrode 103 and the transparent electrode 107.
  • the directions are opposite to each other. Therefore, the connection electrode 104 and the insulating portion 105 and the connection electrode 908 and the insulating portion 909 are shifted from each other when viewed from the direction along the optical axis, and are arranged so as not to overlap with the electro-optic crystal 101 interposed therebetween.
  • the effect of the insulating portion can be further enhanced.
  • the insulating portions 105 and 909 are not necessarily required.
  • the occurrence of resonance or the like is suppressed and stable light modulation can be performed as in the first embodiment.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of the light irradiation apparatus.
  • the light irradiation device 1 ⁇ / b> B includes a light source 11, a condenser lens 12, a light modulator 100, a first optical system 14, and a control unit including a computer 20 and a controller 21.
  • the modulated light L2 output from the light modulator 100 is irradiated onto the sample S by the first optical system 14.
  • the input light L1 is input from the light input unit and the modulated light L2 is output from the light output unit have been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • the input light L1 may be input from the light output unit of the optical modulator, and the modulated light L2 may be output from the light input unit.
  • the transparent electrode 103 corresponds to the second electrode
  • the transparent electrode 107 having a larger area than the second electrode corresponds to the first electrode.
  • a light reduction unit may be formed in the light output unit 106 on the side where the input light L1 is input.
  • the configuration in which light is reflected by the dielectric multilayer film 809 formed on the surface of the transparent electrode 807 is illustrated, but the present invention is not limited to this.
  • an electrode that can reflect light may be used to reflect input light.
  • the input light may be reflected by an electrode formed of aluminum. According to such a configuration, it is not necessary to separately provide a reflective layer or the like on the second electrode side.
  • the configuration in each of the above embodiments may be partially combined or replaced.
  • the temperature of the electro-optic crystal or the like may be controlled by the temperature control element P in the same manner as the electro-optic crystal 101 in the first embodiment.

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Abstract

光変調器は、入力光が入力される第１面と、第１面に対向する第２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、電気光学結晶の第１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、電気光学結晶の第２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、第１面に単体で配置され、第２電極は、第２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、第１面又は第２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る。

Description

光変調器、光観察装置及び光照射装置
　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（ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３）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。
　本開示は、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第１面と、第１面に対向する第２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、電気光学結晶の第１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、電気光学結晶の第２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、第１面に単体で配置され、第２電極は、第２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、第１面又は第２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第１面と、第１面に対向する第２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、電気光学結晶の第１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、電気光学結晶の第２面に配置される第２電極を有し、入力光を第１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、第１面に単体で配置され、第２電極は、第２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、第１面又は第２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、第１面又は第２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、第１面及び第２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る。したがって、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。
　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、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（μｍ２）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、２５ｄ２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電極と第１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第１面を覆い、第１電極の周囲から第１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、第１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、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）結晶、Ｋ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（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。 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（第１面）１０１ａと、入力面１０１ａに対向する裏面（第２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、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）結晶（以下、「ＫＴＮ結晶」という）、Ｋ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶、ＰＬＺＴ結晶などであり、具体的には、ＢａＴｉＯ３、或いはＫ３Ｐｂ３（Ｚｎ２Ｎｂ７）Ｏ２７、Ｋ（Ｔａ０．６５Ｎｂ０．３５）Ｐ３、Ｐｂ３ＭｇＮｂ２Ｏ９、Ｐｂ３ＮｉＮｂ２Ｏ９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の（ｂ）に示すように、光入力部１０２は、透明電極（第１電極）１０３、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内に入力される。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（μｍ２）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、２５ｄ２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。
　絶縁部１０５は、入力面１０１ａ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、入力面１０１ａ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。絶縁部は、例えばＳｉＯ２（二酸化シリコン）あるいはＨｆＯ２（酸化ハフニウム）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、入力面１０１ａ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。
　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、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（μｍ２）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、２５ｄ２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。
　絶縁部１０９は、裏面１０１ｂ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、裏面１０１ｂ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。絶縁部は、例えばＳｉＯ２あるいはＨｆＯ２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、裏面１０１ｂ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。
　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（μｍ２）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、２５ｄ２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（μｍ２）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、２５ｄ２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る。したがって、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。
　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及び光低減層２０５を含んでいる。光低減層２０５は、入力面１０１ａのうち透明電極１０３及び絶縁部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、透明電極１０３、絶縁部１０５及び光低減層２０５によって、その全面を覆われている。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を含んでいる。透明電極３０７は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂ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の全面に形成されている。
　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（第１面）５０１ａと、入力面５０１ａに対向する裏面（第２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及び裏面１０１ｂ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、絶縁部６０５及び接続用透明電極６０４を含んでいる。絶縁部６０５は、入力面１０１ａにおける、透明電極１０３が形成された位置を除く全面に形成されている。絶縁部６０５は、例えばＳｉＯ２あるいはＨｆＯ２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、絶縁部６０９及び接続用透明電極６０８を含んでいる。絶縁部６０９は、裏面１０１ｂにおける、透明電極１０７が形成された位置を除く全面に形成されている。絶縁部６０９は、例えばＳｉＯ２あるいはＨｆＯ２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７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に形成された光反射部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、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（μｍ２）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、２５ｄ２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。
　光反射部８０６は、透明電極（第２電極）８０７、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に配置されている。本実施形態では、透明電極８０７は、裏面１０１ｂ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（μｍ２）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、２５ｄ２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(Ｔａ２Ｏ５)及び低屈折率物質(ＳｉＯ２)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、接続用電極９０８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。絶縁部９０９は、第１実施形態における絶縁部１０９と同様に裏面１０１ｂと接続用電極９０８との間に配置されている。接続用電極９０８は、光入力部１０２の接続用電極１０４とは逆方向に配置されている。光出力部９０６の絶縁部９０９も同様に光入力部１０２の絶縁部１０５とは逆方向に配置されている。すなわち、入力面１０１ａにおける接続用電極１０４及び絶縁部１０５が配置される位置と、裏面１０１ｂにおける接続用電極９０８及び絶縁部９０９が配置される位置とは、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及び絶縁部１０５と、接続用電極９０８及び絶縁部９０９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。
　以上説明した第２実施形態乃至第９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１２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実施形態及び第９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（第１面）、１０１ｂ…裏面（第２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 (18)

  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第１面と、前記第１面に対向する第２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第１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第２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、前記第１面に単体で配置され、
    　前記第２電極は、前記第２面に単体で配置され、
    　前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記第１面又は前記第２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第１面と、前記第１面に対向する第２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第１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第２面に配置される第２電極を有し、前記入力光を前記第１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、前記第１面に単体で配置され、
    　前記第２電極は、前記第２面に単体で配置され、
    　前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記第１面又は前記第２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. 　前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方の面積（μｍ２）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、２５ｄ２以下である、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１～５のいずれか一項に記載の光変調器。
  7. 　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１～６のいずれか一項に記載の光変調器。
  8. 　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電極と前記第１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１～６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電極の周囲において前記第１面を覆い、前記第１電極の周囲から前記第１面に入力される光を低減する光低減部を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の光変調器。
  10. 　前記光低減部は、前記光を反射する反射層である、請求項９に記載の光変調器。
  11. 　前記光低減部は、前記光を吸収する吸収層である、請求項９に記載の光変調器。
  12. 　前記光低減部は、前記光を遮蔽する遮蔽層である、請求項９に記載の光変調器。
  13. 　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。
  14. 　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。
  15. 　前記電気光学結晶は、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）結晶、Ｋ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶、又はＰＬＺＴ結晶である、請求項１～１４のいずれか一項に記載の光変調器。
  16. 　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１～１５のいずれか一項に記載の光変調器。
  17. 　前記入力光を出力する光源と、請求項１～１６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。
  18. 　前記入力光を出力する光源と、請求項１～１６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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