WO2020208929A1 - Optical device - Google Patents

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平澤 拓
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Abstract

This optical device is provided with: a pair of electrodes to which DC voltage is applied; an electrooptical material layer located between the pair of electrodes; an ammeter that measures current flowing in the electrooptical material layer; a heating/cooling element that heats and/or cools the electrooptical material layer; and a control circuit that causes heating or cooling of the electrooptical material layer on the basis of a value of the DC voltage and a value of the current measured by the ammeter.

Description

光デバイスOptical device
 本開示は、光デバイスに関する。 This disclosure relates to optical devices.
 従来、電界を印加することによって屈折率が変化する電気光学効果を示す電気光学材料を光デバイスに利用することが提案されている(例えば、特許文献1および2)。電気光学材料の中でも、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1-xNb:KTN)は、例えばx=0.3のとき、常温付近で高い電気光学効果を示す。 Conventionally, it has been proposed to use an electro-optical material exhibiting an electro-optical effect in which the refractive index changes by applying an electric field for an optical device (for example, Patent Documents 1 and 2). Among the electro-optical materials, potassium niobate tantalate (KTa 1-x Nb x O 3 : KTN) exhibits a high electro-optical effect near room temperature, for example, when x = 0.3.
特開2007-3947号公報JP-A-2007-3947 特開2007-3949号公報JP-A-2007-3949
 本開示は、電気光学材料の電気光学効果を高く維持することが容易な光デバイスを提供する。 The present disclosure provides an optical device that can easily maintain a high electro-optical effect of an electro-optical material.
 本開示の一態様に係る光デバイスは、直流電圧が印加される一対の電極と、前記一対の電極の間に位置する電気光学材料層と、前記電気光学材料層に流れる電流を計測する電流計と、前記電気光学材料層の加熱および冷却の少なくとも一方を行う加熱冷却素子と、前記直流電圧の値、および前記電流計によって計測される前記電流の値に基づいて、前記加熱冷却素子を制御する制御回路と、を備える。 The optical device according to one aspect of the present disclosure is an ammeter that measures a pair of electrodes to which a DC voltage is applied, an electro-optical material layer located between the pair of electrodes, and a current flowing through the electro-optical material layer. The heating / cooling element is controlled based on the heating / cooling element that heats and cools the electro-optical material layer, the value of the DC voltage, and the value of the current measured by the ammeter. It includes a control circuit.
 本開示によれば、電気光学材料の電気光学効果を高く維持することが容易になる。 According to the present disclosure, it becomes easy to maintain a high electro-optical effect of the electro-optical material.
図1Aは、本開示の例示的な実施形態における光デバイスを模式的に示すX方向から見た側面図である。FIG. 1A is a side view of the optical device in the exemplary embodiment of the present disclosure schematically shown in the X direction. 図1Bは、本開示の例示的な実施形態における光デバイスを模式的に示すY方向から見た側面図である。FIG. 1B is a side view of the optical device in the exemplary embodiment of the present disclosure schematically shown from the Y direction. 図2Aは、KTN単結晶のバルクの温度と抵抗値との関係を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing the relationship between the bulk temperature and the resistance value of the KTN single crystal. 図2Bは、KTN薄膜の温度と抵抗値との関係を示す図である。FIG. 2B is a diagram showing the relationship between the temperature and the resistance value of the KTN thin film. 図3Aは、電気光学材料層のキュリー温度を決定する制御回路の動作のフローチャートである。FIG. 3A is a flowchart of the operation of the control circuit for determining the Curie temperature of the electro-optical material layer. 図3Bは、電気光学材料層の電気光学効果を調整する制御回路の動作のフローチャートである。FIG. 3B is a flowchart of the operation of the control circuit for adjusting the electro-optical effect of the electro-optical material layer. 図3Cは、電気光学材料層の電気光学効果を調整する制御回路の動作のフローチャートである。FIG. 3C is a flowchart of the operation of the control circuit for adjusting the electro-optical effect of the electro-optical material layer. 図4は、光デバイスが断熱材をさらに備える例を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing an example in which an optical device further includes a heat insulating material. 図5は、光デバイスが電磁シールドをさらに備える例を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing an example in which an optical device further includes an electromagnetic shield. 図6は、変形例における光デバイスを模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing an optical device in a modified example. 図7は、光デバイスの製造工程を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a manufacturing process of the optical device. 図8は、マッハ・ツェンダー型の光スイッチングデバイスの例を模式的に示す平面図である。FIG. 8 is a plan view schematically showing an example of a Mach-Zehnder type optical switching device. 図9Aは、光フェーズドアレイの第1の例を模式的に示す図である。FIG. 9A is a diagram schematically showing a first example of an optical phased array. 図9Bは、光フェーズドアレイの第2の例を模式的に示す図である。FIG. 9B is a diagram schematically showing a second example of an optical phased array. 図10は、KTNの温度と誘電率との関係を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing the relationship between the temperature of KTN and the dielectric constant.
 本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。 Before explaining the embodiments of the present disclosure, the findings underlying the present disclosure will be explained.
 代表的な電気光学効果として、ポッケルス(Pockels)効果、およびカー(Kerr)効果が知られている。ポッケルス効果では、電気光学材料の屈折率の変化量が、印加される電界の大きさに比例する。カー効果では、電気光学材料の屈折率の変化量が、印加される電界の大きさの2乗に比例する。ポッケルス効果を示す電気光学材料には、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)、リン酸二水素カリウム(KHPO)、およびリン酸二水素アンモニウム(NHPO)がある。カー効果を示す電気光学材料には、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸カリウム(KTaO)、およびKTNがある。 As typical electro-optical effects, the Pockels effect and the Kerr effect are known. In the Pockels effect, the amount of change in the refractive index of the electro-optical material is proportional to the magnitude of the applied electric field. In the Kerr effect, the amount of change in the refractive index of the electro-optical material is proportional to the square of the magnitude of the applied electric field. Electro-optics materials that exhibit the Pockels effect include, for example, lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ), and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H). There are 2 PO 4 ). The electro-optical material exhibiting the Kerr effect, for example, barium titanate (BaTiO 3), strontium titanate (SrTiO 3), potassium titanate (KTaO 3), and there is a KTN.
 カー効果を示す電気光学材料の屈折率をn、真空誘電率をε、比誘電率をε、カー係数をg、印加される電界の大きさをEとする。すると、電界印加による屈折率の変化量は、Δn=-(g/2)n εとして表される。カー係数gおよび比誘電率εが大きいと、電界印加による屈折率の変化量Δnも大きくなる。前述したカー効果を示す電気光学材料の中でも、KTNは、常温において、大きいカー係数g、および大きい比誘電率εを有する。例えば、カー係数gは、0.1m-2程度のオーダーであり、比誘電率の最大値はε=1.0×10程度のオーダーである。 Let the refractive index of the electro-optical material exhibiting the Kerr effect be n 0 , the vacuum permittivity be ε 0 , the relative permittivity be ε r , the Kerr coefficient be g, and the magnitude of the applied electric field be E. Then, the amount of change in the refractive index due to the application of the electric field is expressed as Δn = − (g / 2) n 0 3 ε 2 E 2 . When the car coefficient g and the relative permittivity ε r are large, the amount of change Δn in the refractive index due to the application of an electric field also becomes large. Among the electro-optical materials exhibiting the Kerr effect described above, KTN has a large Kerr coefficient g and a large relative permittivity ε r at room temperature. For example, Kerr coefficient g is of the order of about 0.1 m 4 C -2, maximum value of the relative dielectric constant is ε r = 1.0 × 10 4 about the order.
 図10は、KTNの温度Tと比誘電率εとの関係を模式的に示す図である。KTNは強誘電体である。強誘電体は、温度Tを高くすると、キュリー温度Tで強誘電相から常誘電相への相転移を示す。強誘電体の比誘電率εは、温度Tを高くすると、強誘電相ではキュリー温度Tに近づくにつれて急峻に増加し、常誘電相では緩やかに減少する。図10に示すように、比誘電率εは、キュリー温度Tにおいて最大化される。このため、高い電気光学効果を得るために、KTNの温度Tは、キュリー温度T付近に調整される。比誘電率εが急峻に変化する強誘電体相では、KTNの温度Tがキュリー温度Tcから離れると、電気光学効果が急激に低くなる。一方、比誘電率εが緩やかに変化する常誘電体相では、KTNの温度Tがキュリー温度Tcから離れても、電気光学効果が急激に低くなることはない。したがって、常誘電体相において、KTNの温度Tを、キュリー温度T付近に調整することにより、比誘電率εを高い状態に維持することが容易にできる。KTNのキュリー温度Tは、NbとTaとの組成比を適切な比に設定することにより、常温付近に設定することができる。以上の理由により、常温付近で高い電気光学効果を示すKTNの光デバイスへの応用が期待されている。 FIG. 10 is a diagram schematically showing the relationship between the temperature T of KTN and the relative permittivity ε r . KTN is a ferroelectric substance. When the temperature T is increased, the ferroelectric substance exhibits a phase transition from the ferroelectric phase to the normal dielectric phase at the Curie temperature T c . When the temperature T is increased, the relative permittivity ε r of the ferroelectric substance increases sharply in the ferroelectric phase as it approaches the Curie temperature T c, and gradually decreases in the normal dielectric phase. As shown in FIG. 10, the relative permittivity ε r is maximized at the Curie temperature T c . Therefore, in order to obtain a high electro-optical effect, the temperature T of KTN is adjusted to be around the Curie temperature T c . In the ferroelectric phase in which the relative permittivity ε r changes sharply, the electro-optical effect sharply decreases when the temperature T of KTN deviates from the Curie temperature Tc. On the other hand, in the normal dielectric phase in which the relative permittivity ε r changes slowly, the electro-optical effect does not sharply decrease even if the temperature T of KTN deviates from the Curie temperature Tc. Therefore, in the normal dielectric phase, the relative permittivity ε r can be easily maintained in a high state by adjusting the temperature T of KTN to the vicinity of the Curie temperature T c . The Curie temperature T c of KTN can be set to around room temperature by setting the composition ratio of Nb and Ta to an appropriate ratio. For the above reasons, application of KTN, which exhibits a high electro-optical effect near room temperature, to optical devices is expected.
 比誘電率εは、電気容量に反映される。特許文献1および特許文献2は、高い電気光学効果を得るために、計測した電気光学材料の電気容量に基づいてKTNの温度Tを調整する技術を開示している。電気容量の計測用の一対の電極には、交流電圧が印加される。電気容量の計測には、LCRメータまたは電気化学測定システムが用いられる。このため、光デバイスの構造の複雑化を招く。 The relative permittivity ε r is reflected in the electric capacity. Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a technique for adjusting the temperature T of KTN based on the measured electric capacity of an electro-optical material in order to obtain a high electro-optical effect. An AC voltage is applied to the pair of electrodes for measuring the electric capacity. An LCR meter or an electrochemical measurement system is used to measure the electric capacity. Therefore, the structure of the optical device becomes complicated.
 本発明者は、以上の検討に基づき、以下の項目に記載の光デバイスに想到した。 Based on the above studies, the present inventor has come up with the optical device described in the following items.
 第1の項目に係る光デバイスは、直流電圧が印加される一対の電極と、前記一対の電極の間に位置する電気光学材料層と、前記電気光学材料層に流れる電流を計測する電流計と、前記電気光学材料層の加熱および冷却の少なくとも一方を行う加熱冷却素子と、前記直流電圧の値、および前記電流計によって計測される前記電流の値に基づいて、前記加熱冷却素子を制御する制御回路と、を備える。 The optical device according to the first item includes a pair of electrodes to which a DC voltage is applied, an electro-optical material layer located between the pair of electrodes, and an ammeter that measures a current flowing through the electro-optical material layer. Control to control the heating / cooling element based on the heating / cooling element that heats and cools the electro-optical material layer, the value of the DC voltage, and the value of the current measured by the ammeter. It is equipped with a circuit.
 この光デバイスでは、一対の電極に印加される電圧の値と、電流計によって計測される電流の値に基づいて、電気光学材料層が、加熱冷却素子によって加熱または冷却される。これにより、電気光学材料の電気光学効果を高く維持することが容易になる。 In this optical device, the electro-optical material layer is heated or cooled by a heating / cooling element based on the value of the voltage applied to the pair of electrodes and the value of the current measured by the ammeter. This makes it easy to maintain a high electro-optical effect of the electro-optical material.
 第2の項目に係る光デバイスは、第1の項目に係る光デバイスにおいて、前記制御回路が、前記直流電圧の値を変化させることにより、前記電気光学材料層の屈折率を変化させる。 The optical device according to the second item is the optical device according to the first item, in which the control circuit changes the value of the DC voltage to change the refractive index of the electro-optical material layer.
 この光デバイスでは、一対の電極が、電気光学材料層の抵抗値を計測するためだけでなく、電気光学材料層の屈折率を変化させるためにも用いられる。これにより、光デバイスの構造を簡単化することができる。 In this optical device, a pair of electrodes is used not only to measure the resistance value of the electro-optical material layer but also to change the refractive index of the electro-optical material layer. This makes it possible to simplify the structure of the optical device.
 第3の項目に係る光デバイスは、第2の項目に係る光デバイスにおいて、前記屈折率の変化により、前記電気光学材料層を導波する光の位相を制御する。 The optical device according to the third item controls the phase of light guided through the electro-optical material layer by the change in the refractive index in the optical device according to the second item.
 この光デバイスでは、電気光学材料層を導波する光の位相を制御することができる。 With this optical device, it is possible to control the phase of light guided through the electro-optical material layer.
 第4の項目に係る光デバイスは、第1から第3の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記直流電圧が、直流パルス電圧である。 The optical device according to the fourth item is the optical device according to any one of the first to third items, and the DC voltage is a DC pulse voltage.
 この光デバイスでは、直流パルス電圧のデューティ比を変えることにより、直流パルス電圧が平均化された値を、直流電圧の値として調整することができる。 In this optical device, by changing the duty ratio of the DC pulse voltage, the averaged value of the DC pulse voltage can be adjusted as the value of the DC voltage.
 第5の項目に係る光デバイスは、第1から第4の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記制御回路が、前記直流電圧の値と前記電流の値とから前記電気光学材料層の抵抗値を算出し、前記加熱冷却素子による加熱および冷却の少なくとも一方による前記抵抗値の変化に基づき、前記加熱冷却素子を制御する。 The optical device according to the fifth item is the resistance of the electro-optical material layer from the DC voltage value and the current value in the optical device according to any one of the first to fourth items. The value is calculated, and the heating / cooling element is controlled based on the change in the resistance value due to at least one of heating and cooling by the heating / cooling element.
 この光デバイスでは、直流電圧の値と電流の値に基づいて、加熱冷却装置を制御することができる。 With this optical device, the heating / cooling device can be controlled based on the DC voltage value and the current value.
 第6の項目に係る光デバイスは、第1から第5の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記光デバイスが、温度計をさらに備える。前記制御回路は、動作開始時に、前記温度計によって計測された温度が基準温度よりも低いとき、前記加熱冷却素子に前記電気光学材料層を加熱させ、前記温度計によって計測された温度が基準温度よりも高いとき、前記加熱冷却素子に前記電気光学材料層を冷却させる。 The optical device according to the sixth item is the optical device according to any one of the first to fifth items, and the optical device further includes a thermometer. At the start of operation, when the temperature measured by the thermometer is lower than the reference temperature, the control circuit causes the heating / cooling element to heat the electro-optical material layer, and the temperature measured by the thermometer is the reference temperature. When it is higher than, the heating / cooling element causes the electro-optical material layer to cool.
 この光デバイスでは、温度計により、動作開始時の電気光学材料層の温度を知ることができる。当該温度に基づいて、電気光学材料層を加熱または冷却することができる。 In this optical device, the temperature of the electro-optical material layer at the start of operation can be known by a thermometer. Based on the temperature, the electro-optical material layer can be heated or cooled.
 第7の項目に係る光デバイスは、第6の項目に係る光デバイスにおいて、前記電気光学材料層が、強誘電体によって構成されている。前記基準温度は、前記強誘電体のキュリー温度である。 The optical device according to the seventh item is the optical device according to the sixth item, in which the electro-optical material layer is made of a ferroelectric substance. The reference temperature is the Curie temperature of the ferroelectric substance.
 この光デバイスでは、強誘電体によって構成されている電気光学材料層により、高い電気光学効果が得られる。 In this optical device, a high electro-optical effect can be obtained by the electro-optical material layer composed of a ferroelectric substance.
 第8の項目に係る光デバイスは、第6または第7の項目に係る光デバイスにおいて、前記制御回路が、前記一対の電極に直流電圧を印加し、前記加熱冷却素子に、前記電気光学材料層を加熱または冷却させ、前記電気光学材料層を加熱または冷却することによる前記電流の値の変化、および前記直流電圧の値に基づいて、前記基準温度を決定する。 The optical device according to the eighth item is the optical device according to the sixth or seventh item, wherein the control circuit applies a DC voltage to the pair of electrodes, and the electro-optical material layer is applied to the heating / cooling element. The reference temperature is determined based on the change in the value of the current due to heating or cooling the electro-optical material layer and the value of the DC voltage.
 この光デバイスでは、電気光学材料層の温度依存性に基づいて、基準温度が決定される。 In this optical device, the reference temperature is determined based on the temperature dependence of the electro-optical material layer.
 第9の項目に係る光デバイスは、第1から第8の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記加熱冷却素子が、ペルチェ素子を含む。 The optical device according to the ninth item is the optical device according to any one of the first to eighth items, wherein the heating / cooling element includes a Peltier element.
 この光デバイスでは、ペルチェ素子を含む加熱冷却素子により、電気光学材料層が加熱または冷却される。 In this optical device, the electro-optical material layer is heated or cooled by a heating / cooling element including a Peltier element.
 第10の項目に係る光デバイスは、第1から第9の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記電気光学材料層の少なくとも一部を覆う断熱材をさらに備える。 The optical device according to the tenth item further includes a heat insulating material that covers at least a part of the electro-optical material layer in the optical device according to any one of the first to ninth items.
 この光デバイスでは、断熱材により、外気の温度変化に起因する電気光学材料層の温度変化を抑制することができる。 In this optical device, the heat insulating material can suppress the temperature change of the electro-optical material layer due to the temperature change of the outside air.
 第11の項目に係る光デバイスは、第1から第10の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記電気光学材料層の少なくとも一部を覆う電磁シールドをさらに備える。 The optical device according to the eleventh item further includes an electromagnetic shield that covers at least a part of the electro-optical material layer in the optical device according to any one of the first to tenth items.
 この光デバイスでは、電磁シールドにより、光デバイスの外部および/または加熱冷却素子からの電磁ノイズを遮蔽することができる。 In this optical device, the electromagnetic shield can shield electromagnetic noise from the outside of the optical device and / or from the heating / cooling element.
 第12の項目に係る光デバイスは、第1から第11の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記電気光学材料層が、タンタル酸ニオブ酸カリウムを含む。 The optical device according to the twelfth item is the optical device according to any one of the first to eleventh items, wherein the electro-optical material layer contains potassium niobate tantalate.
 この光デバイスでは、タンタル酸ニオブ酸カリウムを含む電気光学材料層により、常温付近で高い電気光学効果を得ることができる。 In this optical device, a high electro-optical effect can be obtained near room temperature due to the electro-optical material layer containing potassium niobate tantalate.
 第13の項目に係る光デバイスは、第1から第12の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記電気光学材料層の厚さが、0.1μm以上10μm以下である。 The optical device according to the thirteenth item is the optical device according to any one of the first to twelfth items, in which the thickness of the electro-optical material layer is 0.1 μm or more and 10 μm or less.
 厚さが0.1μm以上10μm以下である電気光学材料層により、電気光学材料層のコストを低くすることができる。 The cost of the electro-optical material layer can be reduced by the electro-optical material layer having a thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less.
 第14の項目に係る光デバイスは、第1から第13の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記電流計と、前記一対の電極の一方との間に、前記電気光学材料層の絶縁破壊防止用の抵抗器をさらに備える。 The optical device according to the fourteenth item is a dielectric breakdown of the electro-optical material layer between the ammeter and one of the pair of electrodes in the optical device according to any one of the first to thirteenth items. Further equipped with a resistor for prevention.
 この光デバイスでは、上記の抵抗器により、一対の電極に高い電圧を印加しても、電気光学材料層の絶縁破壊を防止することができる。 In this optical device, the above-mentioned resistor can prevent dielectric breakdown of the electro-optical material layer even if a high voltage is applied to the pair of electrodes.
 第15の項目に係る光デバイスは、直流電圧がそれぞれ印加される複数の電極対と、前記複数の電極対の各々の間に位置する、電気光学材料層と、各々が、前記複数の電極対のうちの対応する1つの電極対によって挟まれる前記電気光学材料層の部位に流れる電流を計測する複数の電流計と、各々が、前記複数の電極対のうちの対応する1つの電極対によって挟まれる前記電気光学材料層の部位の加熱および冷却の少なくとも一方を行う複数の加熱冷却素子と、前記複数の電極対の各々に印加される前記直流電圧の値、および前記複数の電流計の各々によって計測される前記電流の値に基づいて、前記複数の加熱冷却素子の各々を制御する制御回路と、を備える。 The optical device according to the fifteenth item includes a plurality of electrode pairs to which a DC voltage is applied, an electro-optical material layer located between each of the plurality of electrode pairs, and each of the plurality of electrode pairs. A plurality of current meters measuring the current flowing through the portion of the electro-optical material layer sandwiched by the corresponding one electrode pair of the above, and each sandwiched by the corresponding one electrode pair of the plurality of electrode pairs. By a plurality of heating and cooling elements that perform at least one of heating and cooling of the portion of the electro-optical material layer, the value of the DC voltage applied to each of the plurality of electrode pairs, and each of the plurality of current meters. A control circuit for controlling each of the plurality of heating / cooling elements based on the measured current value is provided.
 この光デバイスでは、複数の電極対の各々に印加される電圧の値と、複数の電流計の各々によって計測される電流の値に基づいて、複数の電極対のうちの対応する1つの電極対によって挟まれる電気光学材料層が、加熱冷却素子によって加熱または冷却される。これにより、当該電気光学材料の電気光学効果を高く維持することが容易になる。 In this optical device, the corresponding one electrode pair of the plurality of electrode pairs is based on the value of the voltage applied to each of the plurality of electrode pairs and the value of the current measured by each of the plurality of ammeters. The electro-optical material layer sandwiched between the electrodes is heated or cooled by the heating / cooling element. This makes it easy to maintain a high electro-optical effect of the electro-optical material.
 本開示において、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部、またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路(IC)、またはLSI(large scale integration)を含む1つまたは複数の電子回路によって実行され得る。LSIまたはICは、1つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、1つのチップに集積されてもよい。ここでは、LSIまたはICと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムLSI、VLSI(very large scale integration)、もしくはULSI(ultra large scale integration)と呼ばれるものであってもよい。LSIの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array(FPGA)、またはLSI内部の接合関係の再構成またはLSI内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceも同じ目的で使うことができる。 In the present disclosure, all or part of a circuit, unit, device, member or part, or all or part of a functional block in a block diagram, is, for example, a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (IC), or an LSI (range scale integration). ) Can be performed by one or more electronic circuits. The LSI or IC may be integrated on one chip, or may be configured by combining a plurality of chips. For example, functional blocks other than the storage element may be integrated on one chip. Here, it is called an LSI or an IC, but the name changes depending on the degree of integration, and it may be called a system LSI, a VLSI (very large scale integration), or a ULSI (ultra large scale integration). A Field Programmable Gate Array (FPGA) programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable logistic device capable of reconfiguring the junction relationship inside the LSI or setting up the circuit partition inside the LSI can also be used for the same purpose.
 さらに、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部の機能または動作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは1つまたは複数のROM、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置(processor)によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置(processor)および周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている1つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置(processor)、および必要とされるハードウェアデバイス、例えばインターフェースを備えていてもよい。 Furthermore, all or part of the functions or operations of circuits, units, devices, members or parts can be performed by software processing. In this case, the software is recorded on a non-temporary recording medium such as one or more ROMs, optical discs, hard disk drives, etc., and when the software is executed by a processor, the functions identified by the software It is executed by a processor and peripheral devices. The system or device may include one or more non-temporary recording media on which the software is recorded, a processor, and the required hardware devices, such as an interface.
 以下、図面を参照しながら、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複する説明を省略することがある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。 Hereinafter, a more specific embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy of the following description and to facilitate the understanding of those skilled in the art. It should be noted that the inventors are intended to limit the subject matter described in the claims by those skilled in the art by providing the accompanying drawings and the following description in order to fully understand the present disclosure. is not. In the following description, the same or similar components are designated by the same reference numerals.
 (実施形態)
 図1Aおよび図1Bは、本開示の例示的な実施形態における光デバイス100を模式的に示す図である。以下の説明において、図1Aおよび図1Bに示す互いに直交するX、Y、Z軸からなる座標系を用いる。説明の便宜上、+Z方向を「上方向」と称し、-Z方向を「下方向」と称する。これらの呼称は、便宜上のものにすぎず、現実に使用される光デバイス100の配置または姿勢を限定することを意図するものではない。
(Embodiment)
1A and 1B are diagrams schematically showing an optical device 100 according to an exemplary embodiment of the present disclosure. In the following description, the coordinate system consisting of the X, Y, and Z axes orthogonal to each other shown in FIGS. 1A and 1B is used. For convenience of explanation, the + Z direction is referred to as "upward" and the -Z direction is referred to as "downward". These designations are for convenience only and are not intended to limit the arrangement or orientation of the optical device 100 actually used.
 図1Aは、+X方向から見た光デバイス100の構造を模式的に示している。図1Bは、-Y方向から見た光デバイス100の構造を模式的に示している。図1Bでは、図1Aに示す構成要素の一部のみを示している。 FIG. 1A schematically shows the structure of the optical device 100 as viewed from the + X direction. FIG. 1B schematically shows the structure of the optical device 100 as viewed from the −Y direction. FIG. 1B shows only some of the components shown in FIG. 1A.
 光デバイス100は、基板10と、第1の電極20aおよび第2の電極20bと、電気光学材料層30と、電流計40と、抵抗器42と、加熱冷却素子50と、温度計60と、制御回路70とを備える。基板10、第1の電極20a、電気光学材料層30、第2の電極20bは、この順に積層されている。 The optical device 100 includes a substrate 10, a first electrode 20a and a second electrode 20b, an electro-optical material layer 30, an ammeter 40, a resistor 42, a heating / cooling element 50, a thermometer 60, and the like. It includes a control circuit 70. The substrate 10, the first electrode 20a, the electro-optical material layer 30, and the second electrode 20b are laminated in this order.
 基板10は、XY平面に平行な第1の面10s1および第2の面10s2を有する。第1の電極20aは、基板10の第1の面10s1上に位置する。電気光学材料層30は、第1の電極20a上に位置する。第2の電極20bは、電気光学材料層30上に位置する。第1の電極20aおよび第2の電極20bを、「一対の電極20」と称することがある。電気光学材料層30は、一対の電極20の間に位置する。電流計40は、第2の電極20bに接続されている。電流計40と第2の電極20bとの間に抵抗器42が接続されている。抵抗器42は、電気光学材料層30に過度に高い電圧が印加されることを防止するために設けられる。言い換えれば、抵抗器42は、電気光学材料層30の絶縁破壊防止のために設けられている。抵抗器42は、必要に応じて設けられる。加熱冷却素子50は、基板10の第2の面10s2に接している。基板10および加熱冷却素子50には、それぞれ反りが存在する。このため、熱伝導性の接着剤を用いて、基板10と加熱冷却素子50とを固定してもよい。温度計60は、例えば電気光学材料層30の近傍に位置する。基板10と、第1の電極20aおよび第2の電極20bと、電気光学材料層30と、加熱冷却素子50とは、X方向に延びた構造を有する。 The substrate 10 has a first surface 10s1 and a second surface 10s2 parallel to the XY plane. The first electrode 20a is located on the first surface 10s1 of the substrate 10. The electro-optical material layer 30 is located on the first electrode 20a. The second electrode 20b is located on the electro-optical material layer 30. The first electrode 20a and the second electrode 20b may be referred to as a "pair of electrodes 20". The electro-optical material layer 30 is located between the pair of electrodes 20. The ammeter 40 is connected to the second electrode 20b. A resistor 42 is connected between the ammeter 40 and the second electrode 20b. The resistor 42 is provided to prevent an excessively high voltage from being applied to the electro-optical material layer 30. In other words, the resistor 42 is provided to prevent dielectric breakdown of the electro-optical material layer 30. The resistor 42 is provided as needed. The heating / cooling element 50 is in contact with the second surface 10s2 of the substrate 10. The substrate 10 and the heating / cooling element 50 each have a warp. Therefore, the substrate 10 and the heating / cooling element 50 may be fixed by using a heat conductive adhesive. The thermometer 60 is located, for example, in the vicinity of the electro-optical material layer 30. The substrate 10, the first electrode 20a and the second electrode 20b, the electro-optical material layer 30, and the heating / cooling element 50 have a structure extending in the X direction.
 以下に、各構成要素をより具体的に説明する。 Each component will be described in more detail below.
 基板10は、一対の電極20、および電気光学材料層30を支持する。基板10は、例えば、チタン酸ストロンチウム(SrTiO:STO)、酸化マグネシウム(MgO)、五酸化タンタル(Ta)からなる群から選択される少なくとも1つから形成され得る。基板10は、不要であれば省略してもよい。 The substrate 10 supports a pair of electrodes 20 and an electro-optical material layer 30. The substrate 10 can be formed, for example, from at least one selected from the group consisting of strontium titanate (SrTIO 3 : STO), magnesium oxide (MgO), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ). The substrate 10 may be omitted if it is unnecessary.
 一対の電極20には、直流電圧が印加される。第1の電極20aは接地され、第2の電極20bには、電圧値VDCの直流電圧が印加される。これにより、一対の電極20の間において、下方向に電界が発生する。当該電界により、電気光学材料層30の屈折率が変化する。第2の電極20bに加える電位は、正でも負でもよい。直流電圧は、直流パルス電圧であってもよい。直流パルス電圧のデューティ比を変えることにより、直流パルス電圧が平均化された値を、直流電圧の値として調整することができる。一対の電極20は、後述するように、電気光学材料層30の抵抗値Rの計測にも用いられる。一対の電極20の少なくとも一方は、金属電極であってもよいし、透明電極であってもよい。第1の電極20aは、例えば、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO:SRO)から形成された透明電極であり得る。第2の電極20bは、例えば、スズドープ酸化インジウム(ITO)から形成された透明電極であり得る。 A DC voltage is applied to the pair of electrodes 20. The first electrode 20a is grounded, and a DC voltage having a voltage value of VDC is applied to the second electrode 20b. As a result, an electric field is generated downward between the pair of electrodes 20. The electric field changes the refractive index of the electro-optical material layer 30. The potential applied to the second electrode 20b may be positive or negative. The DC voltage may be a DC pulse voltage. By changing the duty ratio of the DC pulse voltage, the value obtained by averaging the DC pulse voltage can be adjusted as the value of the DC voltage. As will be described later, the pair of electrodes 20 is also used for measuring the resistance value R of the electro-optical material layer 30. At least one of the pair of electrodes 20 may be a metal electrode or a transparent electrode. The first electrode 20a can be, for example, a transparent electrode formed of strontium ruthenate (SrRuO 3 : SRO). The second electrode 20b can be, for example, a transparent electrode formed of tin-doped indium oxide (ITO).
 電気光学材料層30は、図1Bに示すように、全反射によって光32をX方向に沿って伝搬させる光導波層として機能する。電界印加による電気光学材料層30の屈折率の変化量Δnにより、電気光学材料層30内を伝搬する光32の位相を変化させることができる。光32の空気中での波長をλとし、電界を印加しないときの電気光学材料層30の屈折率をnとし、電気光学材料層30のX方向における長さをLとし、電気光学材料層30内を伝搬する前の光32の位相をφ=0とする。このとき、電気光学材料層30内を伝搬した後の光32の位相は、φ=(2π/λ)(n+Δn)Lである。このうち、電界印加による光32の位相の変化は、Δφ=(2π/λ)ΔnLである。なお、一対の電極20が透明電極から形成されているとき、光32のロスは無視できる。電気光学材料層30は、後述するように、バルクから形成されていてもよいし、薄膜から形成されていてもよい。薄膜の厚さは、例えば0.1um以上10um以下であり得る。薄膜のコストは、バルクのコストよりも低い。電気光学材料層30は、キュリー温度Tを有する強誘電体を含む。電気光学材料層30は、例えば、KTNから形成されている。 As shown in FIG. 1B, the electro-optical material layer 30 functions as an optical waveguide layer that propagates light 32 along the X direction by total reflection. The phase of the light 32 propagating in the electro-optical material layer 30 can be changed by the amount of change Δn in the refractive index of the electro-optical material layer 30 due to the application of an electric field. The wavelength of the light 32 in the air is λ, the refractive index of the electro-optical material layer 30 when no electric field is applied is n 0 , the length of the electro-optic material layer 30 in the X direction is L, and the electro-optical material layer is The phase of the light 32 before propagating in 30 is set to φ = 0. At this time, the phase of the light 32 after propagating in the electro-optical material layer 30 is φ = (2π / λ) (n 0 + Δn) L. Of these, the change in the phase of the light 32 due to the application of an electric field is Δφ = (2π / λ) ΔnL. When the pair of electrodes 20 are formed of transparent electrodes, the loss of light 32 can be ignored. The electro-optical material layer 30 may be formed from a bulk or a thin film, as will be described later. The thickness of the thin film can be, for example, 0.1 um or more and 10 um or less. The cost of thin films is lower than the cost of bulk. The electro-optical material layer 30 contains a ferroelectric substance having a Curie temperature T c . The electro-optical material layer 30 is formed of, for example, KTN.
 電流計40は、一対の電極20に直流電圧を印加することによって電気光学材料層30に流れる電流を計測する。直流電圧の値と電流の値との比から、電気光学材料層30の抵抗値Rが算出される。電気光学材料層30は一般に高抵抗である。したがって、電気光学材料層30の抵抗の計測には、4端子法を用いる必要はない。図1Aに示すように、第1の電極20aおよび第2の電極20bにそれぞれ接続された端子を用いる2端子法で十分である。電流計40と第2の電極20bとの間の抵抗器42の抵抗値は、例えば500kΩ以上である。これにより、電圧値VDC=300Vの直流電圧が印加されても、電気光学材料層30の絶縁破壊を防止することができる。なお、抵抗器42は、光デバイス100に必ずしも必要ではない。 The ammeter 40 measures the current flowing through the electro-optical material layer 30 by applying a DC voltage to the pair of electrodes 20. The resistance value R of the electro-optical material layer 30 is calculated from the ratio of the DC voltage value and the current value. The electro-optical material layer 30 generally has a high resistance. Therefore, it is not necessary to use the four-terminal method for measuring the resistance of the electro-optical material layer 30. As shown in FIG. 1A, a two-terminal method using terminals connected to the first electrode 20a and the second electrode 20b, respectively, is sufficient. The resistance value of the resistor 42 between the ammeter 40 and the second electrode 20b is, for example, 500 kΩ or more. As a result, even if a DC voltage having a voltage value of VDC = 300V is applied, dielectric breakdown of the electro-optical material layer 30 can be prevented. The resistor 42 is not always necessary for the optical device 100.
 加熱冷却素子50は、電気光学材料層30の加熱および冷却の少なくとも一方を行う。加熱冷却素子50は、例えばペルチェ素子である。平板のペルチェ素子に電流を流すと、平板のうち、一方の面において発熱が生じ、他方の面において吸熱が生じる。電流の流れる方向を逆にすると、上記一方の面において吸熱が生じ、上記他方の面において発熱が生じる。図1Aおよび図1Bに示す例では、加熱冷却素子50は、基板10および第1の電極20aを介して、電気光学材料層30を加熱または冷却する。このとき、基板10、第1の電極20a、および電気光学材料層30は、ほぼ同じ温度を有すると考えられる。 The heating / cooling element 50 performs at least one of heating and cooling of the electro-optical material layer 30. The heating / cooling element 50 is, for example, a Peltier element. When an electric current is passed through the Peltier element of the flat plate, heat is generated on one surface of the flat plate and heat is absorbed on the other surface. When the direction of current flow is reversed, endothermic reaction occurs on one surface and heat generation occurs on the other surface. In the example shown in FIGS. 1A and 1B, the heating / cooling element 50 heats or cools the electro-optical material layer 30 via the substrate 10 and the first electrode 20a. At this time, it is considered that the substrate 10, the first electrode 20a, and the electro-optical material layer 30 have substantially the same temperature.
 図1Aおよび図1Bに示す例では、加熱冷却素子50は、基板10の第2の面10s2全体に接触している。これにより、電気光学材料層30のうち、電界印加によって屈折率が変化する部分だけでなく、他の部分も加熱または冷却される。加熱冷却素子50の配置は、図1Aおよび図1Bに示す例に限定されない。加熱冷却素子50は、電気光学材料層30のうち、電界印加によって屈折率が変化する部分だけを加熱または冷却するように設けられていてもよい。あるいは、加熱冷却素子50は、電気光学材料層30のXZ平面に平行な面に直接接触していてもよい。 In the examples shown in FIGS. 1A and 1B, the heating / cooling element 50 is in contact with the entire second surface 10s2 of the substrate 10. As a result, not only the portion of the electro-optical material layer 30 whose refractive index changes due to the application of an electric field, but also other portions are heated or cooled. The arrangement of the heating / cooling element 50 is not limited to the examples shown in FIGS. 1A and 1B. The heating / cooling element 50 may be provided so as to heat or cool only the portion of the electro-optical material layer 30 whose refractive index changes due to the application of an electric field. Alternatively, the heating / cooling element 50 may be in direct contact with a plane parallel to the XZ plane of the electro-optical material layer 30.
 温度計60は、電気光学材料層30の周辺温度Tを計測する。加熱冷却素子50による電気光学材料層30の加熱または冷却を開始する動作前では、電気光学材料層30の温度Tは、周辺温度Tとほぼ同じであると考えられる。したがって、温度計60によって計測された周辺温度Tから、加熱冷却素子50の動作前の電気光学材料層30の温度Tを知ることができる。温度計60は、アナログ温度計であってもよいし、デジタル温度計であってもよい。なお、温度計60は、光デバイス100に必ずしも必要ではない。 Thermometer 60 measures the ambient temperature T a of the electro-optical material layer 30. Before operation for starting heating or cooling of the electro-optical material layer 30 by heating the cooling element 50, the temperature T of the electro-optical material layer 30 is believed to ambient temperature T a to be approximately the same. Therefore, it is possible to know from the ambient temperature T a which is measured by the thermometer 60, the temperature T of the electro-optical material layer 30 before the operation of the heating and cooling elements 50. The thermometer 60 may be an analog thermometer or a digital thermometer. The thermometer 60 is not always necessary for the optical device 100.
 制御回路70は、一対の電極20に直流電圧を印加する。制御回路70は、電流計40によって電流を計測する。制御回路70は、直流電圧の値、および電流計40によって計測される電流の値に基づいて、電気光学材料層30を加熱または冷却させる信号を加熱冷却素子50に入力する。制御回路70は、温度計60によって周辺温度Tを計測する。図1Aに示す矢印付きの破線は、制御回路70と他の構成要素との信号の入出力を表している。制御回路70の動作により、電気光学材料層30の温度Tは、キュリー温度Tに近づく。これにより、電気光学材料層30の電気光学効果を高めることができる。制御回路70の動作の詳細については、後述する。制御回路70は、例えばデジタルシグナルプロセッサ(DSP)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などのプログラマブルロジックデバイス(PLD)、または中央演算処理装置(CPU)もしくは画像処理用演算プロセッサ(GPU)とコンピュータプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。 The control circuit 70 applies a DC voltage to the pair of electrodes 20. The control circuit 70 measures the current with an ammeter 40. The control circuit 70 inputs a signal for heating or cooling the electro-optical material layer 30 to the heating / cooling element 50 based on the value of the DC voltage and the value of the current measured by the ammeter 40. The control circuit 70 measures the ambient temperature Ta with a thermometer 60. The dashed line with the arrow shown in FIG. 1A represents the input and output of signals between the control circuit 70 and other components. Due to the operation of the control circuit 70, the temperature T of the electro-optical material layer 30 approaches the Curie temperature T c . Thereby, the electro-optical effect of the electro-optical material layer 30 can be enhanced. Details of the operation of the control circuit 70 will be described later. The control circuit 70 includes a programmable logic device (PLD) such as a digital signal processor (DSP) or a field programmable gate array (FPGA), or a central processing unit (CPU) or an image processing arithmetic processor (GPU) and a computer program. It may be realized by the combination of.
 次に、電気光学材料層30の温度Tと抵抗値Rとの関係を説明する。 Next, the relationship between the temperature T of the electro-optical material layer 30 and the resistance value R will be described.
 図2Aおよび図2Bは、それぞれ、KTN単結晶のバルクおよびKTN薄膜の温度Tと抵抗値Rとの関係を示す図である。KTN単結晶のバルクおよびKTN薄膜の各々の表面に、一対の電極が形成された。当該一対の電極に印加された電圧および電流が測定された。一対の電極の各々は、200μmの電極間ギャプを有する櫛形電極である。なお、櫛形電極の代わりに、平行平板の電極を用いてもよい。垂直の破線は、電気光学材料層30のキュリー温度Tを表している。電気光学材料層30の抵抗値Rは、直流電圧の値と、電流計40によって計測される電流の値との比から得られる。図2Aに示す例では、KTN単結晶のバルクのZ方向における厚さは、500μmである。一対の電極には電圧値VDC=100Vの直流電圧が印加された。図2Bに示す例では、KTN薄膜のZ方向における厚さは、1μmである。一対の電極には電圧値VDC=220Vの直流電圧が印加された。 2A and 2B are diagrams showing the relationship between the temperature T and the resistance value R of the bulk of the KTN single crystal and the KTN thin film, respectively. A pair of electrodes were formed on each surface of the bulk of the KTN single crystal and the surface of the KTN thin film. The voltage and current applied to the pair of electrodes were measured. Each of the pair of electrodes is a comb-shaped electrode with an interelectrode gap of 200 μm. A parallel plate electrode may be used instead of the comb-shaped electrode. The vertical dashed line represents the Curie temperature T c of the electro-optical material layer 30. The resistance value R of the electro-optical material layer 30 is obtained from the ratio of the value of the DC voltage and the value of the current measured by the ammeter 40. In the example shown in FIG. 2A, the bulk thickness of the KTN single crystal in the Z direction is 500 μm. A DC voltage having a voltage value of VDC = 100V was applied to the pair of electrodes. In the example shown in FIG. 2B, the thickness of the KTN thin film in the Z direction is 1 μm. A DC voltage having a voltage value of VDC = 220V was applied to the pair of electrodes.
 図2Aに示す例では、KTN単結晶のバルクのキュリー温度はT≒30℃であると推定される。KTN単結晶のバルクの抵抗値Rは、T=25℃からT=Tまでの間において、温度上昇とともにほぼ単調に増加する。抵抗値Rの増加率は、温度上昇とともに大きくなる。抵抗値は、T=TからT=35℃までの間でほぼ一定である。すなわち、KTN単結晶のバルクの温度Tを上昇させると、キュリー温度Tを境にして、抵抗値Rは増加しなくなる。これにより、KTN単結晶のバルクのキュリー温度Tを推定することができる。 In the example shown in FIG. 2A, the Curie temperature of the bulk of the KTN single crystal is estimated to be T c ≈ 30 ° C. The bulk resistance value R of the KTN single crystal increases almost monotonically with increasing temperature from T = 25 ° C. to T = T c . The rate of increase of the resistance value R increases as the temperature rises. The resistance value is substantially constant from T = T c to T = 35 ° C. That is, when the bulk temperature T of the KTN single crystal is increased, the resistance value R does not increase with the Curie temperature T c as the boundary. This makes it possible to estimate the Curie temperature T c of the bulk of the KTN single crystal.
 図2Bに示す例では、KTN薄膜のキュリー温度はT≒28℃であると推定される。KTN薄膜の抵抗値Rは、T=20℃からT=Tcの間において、温度上昇とともにほぼ単調に増加する。抵抗値Rの増加率は、温度上昇とともに小さくなる。薄膜の温度特性は、結晶の温度特性と同様であると考えられる。ただし、本薄膜において、強誘電相では抵抗値の上昇率が緩やかになり、常誘電相では抵抗値が多少増減した。本薄膜でのこのような抵抗値の温度依存性は、薄膜の膜質に起因すると考えられる。以上のように、KTN薄膜の温度Tを上昇させると、キュリー温度Tを境にして、抵抗値Rは、増加から減少に転じる。これにより、KTN薄膜のキュリー温度Tを知ることができる。 In the example shown in FIG. 2B, the Curie temperature of the KTN thin film is estimated to be T c ≈ 28 ° C. The resistance value R of the KTN thin film increases almost monotonously with increasing temperature between T = 20 ° C. and T = Tc. The rate of increase of the resistance value R decreases as the temperature rises. The temperature characteristics of the thin film are considered to be similar to the temperature characteristics of the crystal. However, in this thin film, the rate of increase in resistance value slowed down in the ferroelectric phase, and the resistance value increased or decreased slightly in the ferroelectric phase. It is considered that the temperature dependence of such resistance value in this thin film is due to the film quality of the thin film. As described above, when the temperature T of the KTN thin film is increased, the resistance value R changes from an increase to a decrease with the Curie temperature T c as a boundary. This makes it possible to know the Curie temperature T c of the KTN thin film.
 図2Aおよび図2Bに示すように、KTNの抵抗値Rは、キュリー温度T付近において顕著に異なる温度依存性を有する。従来、特許文献1および特許文献2に開示されているように、KTNの電気容量が、キュリー温度T付近において顕著に異なる温度依存性を有することは知られていた。これは、電気容量が、図10に示す比誘電率εに依存するからである。しかし、KTNの抵抗値Rが上記のような温度依存性を有することは想定されていなかった。本発明者は、電気光学材料層30の温度Tと抵抗値Rとの関係に基づいて、KTNの電気光学効果を高く維持することを容易にできることを見出した。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the resistance value R of KTN has a significantly different temperature dependence near the Curie temperature T c . Conventionally, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, it has been known that the electric capacity of KTN has a significantly different temperature dependence near the Curie temperature T c . This is because the electric capacity depends on the relative permittivity ε r shown in FIG. However, it was not assumed that the resistance value R of KTN had the above temperature dependence. The present inventor has found that the electro-optical effect of KTN can be easily maintained high based on the relationship between the temperature T and the resistance value R of the electro-optical material layer 30.
 以下に、制御回路70の動作の詳細を説明する。 The details of the operation of the control circuit 70 will be described below.
 まず、電気光学材料層30の電気光学効果を高く維持する動作の前に、電気光学材料層30のキュリー温度Tが推定される。 First, the Curie temperature T c of the electro-optical material layer 30 is estimated before the operation of maintaining the electro-optical effect of the electro-optical material layer 30 high.
 図3Aは、電気光学材料層30のキュリー温度Tを決定する制御回路70の動作のフローチャートである。 FIG. 3A is a flowchart of the operation of the control circuit 70 that determines the Curie temperature T c of the electro-optical material layer 30.
 ステップS101において、制御回路70は、一対の電極20に直流電圧を印加する。ステップS102において、制御回路70は、電気光学材料層30に流れる電流を電流計40によって計測する。ステップS103において、制御回路70は、加熱冷却素子50に、電気光学材料層30を加熱または冷却させる。電気光学材料層30を加熱または冷却することにより、電気光学材料層30に流れる電流は変化する。電流計40によって計測される電流の値の変化、および直流電圧の値から、電気光学材料層30の抵抗値Rの変化がモニタされる。抵抗値Rの当該変化から、抵抗値Rの温度依存性を知ることができる。ステップS104において、制御回路70は、電気光学材料層30の抵抗値Rの変化に基づいて、キュリー温度Tを推定する。キュリー温度Tは、図2Aおよび図2Bを参照して説明したように、電気光学材料層30の温度Tと抵抗値Rとの関係に基づいて推定することができる。抵抗値Rの温度依存性から、電気光学材料層30における結晶相の相転移点を推定し、相転移点に対応する温度がキュリー温度Tであると推定することができる。 In step S101, the control circuit 70 applies a DC voltage to the pair of electrodes 20. In step S102, the control circuit 70 measures the current flowing through the electro-optical material layer 30 with the ammeter 40. In step S103, the control circuit 70 causes the heating / cooling element 50 to heat or cool the electro-optical material layer 30. By heating or cooling the electro-optical material layer 30, the current flowing through the electro-optical material layer 30 changes. The change in the resistance value R of the electro-optical material layer 30 is monitored from the change in the current value measured by the ammeter 40 and the value of the DC voltage. From the change in the resistance value R, the temperature dependence of the resistance value R can be known. In step S104, the control circuit 70 based on the change in the resistance value R of the electro-optical material layer 30, estimates the Curie temperature T C. The Curie temperature T c can be estimated based on the relationship between the temperature T of the electro-optical material layer 30 and the resistance value R, as described with reference to FIGS. 2A and 2B. From the temperature dependence of the resistance value R, the phase transition point of the crystal phase in the electro-optical material layer 30 can be estimated, and the temperature corresponding to the phase transition point can be estimated to be the Curie temperature T c .
 制御回路70は、決定された電気光学材料層30のキュリー温度Tを、メモリなどの不図示の記憶媒体に記録してもよい。これにより、動作のたびに、その直前に電気光学材料層30のキュリー温度Tを求める必要がない。制御回路70は、図2Aおよび図2Bに示す電気光学材料層30の温度Tおよび抵抗値Rとの関係を記憶媒体に記録してもよい。これにより、電気光学材料層30の抵抗値Rの温度依存性から、電気光学材料層30のキュリー温度Tを推定することができる。記憶媒体は、制御回路70に内蔵されていてもよいし、外部に設けられていてもよい。 The control circuit 70 may record the determined Curie temperature T c of the electro-optical material layer 30 on a storage medium (not shown) such as a memory. As a result, it is not necessary to obtain the Curie temperature T c of the electro-optical material layer 30 immediately before each operation. The control circuit 70 may record the relationship between the temperature T and the resistance value R of the electro-optical material layer 30 shown in FIGS. 2A and 2B in a storage medium. As a result, the Curie temperature T c of the electro-optical material layer 30 can be estimated from the temperature dependence of the resistance value R of the electro-optical material layer 30. The storage medium may be built in the control circuit 70 or may be provided externally.
 次に、電気光学材料層30のキュリー温度Tが既知であるとして、電気光学材料層30の温度Tを調整する動作の例を説明する。 Next, assuming that the Curie temperature T c of the electro-optical material layer 30 is known, an example of an operation of adjusting the temperature T of the electro-optical material layer 30 will be described.
 図3Bは、電気光学材料層30の電気光学効果を高く維持する制御回路70の動作の例を示すフローチャートである。 FIG. 3B is a flowchart showing an example of the operation of the control circuit 70 that maintains a high electro-optical effect of the electro-optical material layer 30.
 ステップS201において、制御回路70は、動作開始時に、電気光学材料層30の周辺温度Tを、温度計60によって計測する。温度計60が電気光学材料層30の近傍に配置されている場合、電気光学材料層30の周辺温度Tは、電気光学材料層30の温度Tに相当する。 In step S201, the control circuit 70, at the start of operation, the ambient temperature T a of the electro-optical material layer 30 is measured by the thermometer 60. When the thermometer 60 is arranged in the vicinity of the electro-optical material layer 30, the ambient temperature Ta of the electro-optical material layer 30 corresponds to the temperature T of the electro-optical material layer 30.
 ステップS202において、制御回路70は、電気光学材料層30の周辺温度Tがキュリー温度Tよりも低いか否かを判定する。ステップS202における判定がYesの場合(T<T)、制御回路70は、次のステップS203を実行する。 In step S202, the control circuit 70, the ambient temperature T a of the electro-optical material layer 30 determines whether lower or not than the Curie temperature T c. If the determination in step S202 is Yes ( Ta <T c ), the control circuit 70 executes the next step S203.
 ステップS203において、制御回路70は、加熱冷却素子50に、電気光学材料層30を加熱させる。 In step S203, the control circuit 70 causes the heating / cooling element 50 to heat the electro-optical material layer 30.
 ステップS204において、制御回路70は、電気光学材料層30の抵抗値Rを計測し、電気光学材料層30の抵抗値Rから決定される電気光学材料層30の推定温度Tが、キュリー温度Tよりも高いか否かを判定する。ステップS204における判定がNoの場合(T<TまたはT=T)、制御回路70は、次のステップS205を実行する。 In step S204, the control circuit 70 measures the resistance value R of the electro-optical material layer 30, the estimated temperature T e of the electro-optical material layer 30 is determined from the resistance value R of the electro-optical material layer 30 is, the Curie temperature T It is determined whether or not it is higher than c . If the determination in step S204 is No ( Te <T c or Te = T c ), the control circuit 70 executes the next step S205.
 ステップS205において、制御回路70は、電気光学材料層30の推定温度Tが、キュリー温度Tよりも低いか否かを判定する。ステップS205における判定がYesの場合(T<T)、制御回路70は、ステップS203およびステップS204を再び実行する。ステップS205における判定がNoの場合(T=T)、制御回路70は、再びS204を実行する。 In step S205, the control circuit 70 determines the estimated temperature T e of the electro-optical material layer 30, or lower or not than the Curie temperature T c. If the determination in step S205 is Yes (T e <T c) , the control circuit 70 again executes step S203 and step S204. If the determination in step S205 is No (T e = T c) , the control circuit 70 executes S204 again.
 ステップS204における判定がYesの場合、制御回路70は、次のステップS206を実行する。 If the determination in step S204 is Yes, the control circuit 70 executes the next step S206.
 ステップS206において、制御回路70は、加熱冷却素子50に電気光学材料層30を冷却させる、または加熱冷却素子50の動作を停止させる。電気光学材料層30の冷却速度を考慮しないのであれば、加熱冷却素子50の動作を停止して電気光学材料層30を自然に冷ましてもよい。その後、制御回路70は、ステップS204を再び実行する。 In step S206, the control circuit 70 causes the heating / cooling element 50 to cool the electro-optical material layer 30, or stops the operation of the heating / cooling element 50. If the cooling rate of the electro-optical material layer 30 is not taken into consideration, the operation of the heating / cooling element 50 may be stopped to allow the electro-optical material layer 30 to cool naturally. After that, the control circuit 70 executes step S204 again.
 一方、ステップS202における判定がNoの場合(T>TまたはT=T)、制御回路70は、次のステップS207を実行する。 On the other hand, when the determination in step S202 is No (T a > T c or T a = T c ), the control circuit 70 executes the next step S207.
 ステップS207において、制御回路70は、電気光学材料層30の周辺温度Tがキュリー温度Tよりも高いか否かを判定する。ステップS202における判定がNoの場合(T=T)、制御回路70は、ステップS202を再び実行する。ステップS207における判定がYesの場合(T>T)、制御回路70は、次のステップS208を実行する。 In step S207, the control circuit 70, the ambient temperature T a of the electro-optical material layer 30 is equal to or is higher than the Curie temperature T c. If the determination in step S202 is No ( Ta = T c ), the control circuit 70 executes step S202 again. If the determination in step S207 is Yes ( Ta > T c ), the control circuit 70 executes the next step S208.
 ステップS208において、制御回路70は、加熱冷却素子50に、電気光学材料層30を冷却させる。 In step S208, the control circuit 70 causes the heating / cooling element 50 to cool the electro-optical material layer 30.
 ステップS209において、制御回路70は、電気光学材料層30の抵抗値Rを計測し、電気光学材料層30の抵抗値Rから決定される電気光学材料層30の推定温度Tが、キュリー温度Tよりも低いか否かを判定する。ステップS209における判定がNoの場合(T>TまたはT=T)、制御回路70は、次のステップS210を実行する。 In step S209, the control circuit 70 measures the resistance value R of the electro-optical material layer 30, the estimated temperature T e of the electro-optical material layer 30 is determined from the resistance value R of the electro-optical material layer 30 is, the Curie temperature T It is determined whether or not it is lower than c . If the determination in step S209 is No ( Te > T c or Te = T c ), the control circuit 70 executes the next step S210.
 ステップS210において、制御回路70は、電気光学材料層30の推定温度Tが、キュリー温度Tよりも高いか否かを判定する。ステップS210における判定がYesの場合(T>T)、制御回路70は、S208およびS209を再び実行する。ステップS210における判定がNoの場合(T=T)、制御回路70は、再びS209を実行する。 In step S210, the control circuit 70 determines the estimated temperature T e of the electro-optical material layer 30, whether higher than the Curie temperature T c. If the determination in step S210 is Yes (T e> T c) , the control circuit 70 again executes S208 and S209. If the determination in step S210 is No (T e = T c) , the control circuit 70 executes S209 again.
 ステップS209における判定がYesの場合(T<T)、制御回路70は、次のステップS211を実行する。 If the determination in step S209 is Yes (T e <T c) , the control circuit 70 executes the next step S211.
 ステップS211において、制御回路70は、加熱冷却素子50に電気光学材料層30を加熱させる、または加熱冷却素子50の動作を停止させる。電気光学材料層30の加熱速度を考慮しないのであれば、加熱冷却素子50の動作を停止して電気光学材料層30を自然に温めてもよい。その後、制御回路70は、ステップS209を再び実行する。 In step S211 of the control circuit 70, the heating / cooling element 50 heats the electro-optical material layer 30 or stops the operation of the heating / cooling element 50. If the heating rate of the electro-optical material layer 30 is not taken into consideration, the operation of the heating / cooling element 50 may be stopped to naturally warm the electro-optical material layer 30. After that, the control circuit 70 executes step S209 again.
 制御回路70は、動作中、ステップS204またはステップS209を、例えば、1秒ごとに繰り返し実行する。制御回路70は、ステップS201からステップS211のうちの任意のステップの後に動作を停止してもよい。 The control circuit 70 repeatedly executes step S204 or step S209, for example, every second during operation. The control circuit 70 may stop operating after any step from step S201 to step S211.
 ステップS204、ステップS205、ステップS209、およびステップS210において、制御回路70は、抵抗値Rから決定される電気光学材料層30の推定温度Tを、抵抗値Rに基づいて所定の演算式によって算出してもよい。あるいは、制御回路70は、推定温度Tを、抵抗値Rと推定温度Tとの関係を示すデータテーブルを参照することによって決定してもよい。当該データテーブルは、不図示の記憶媒体に記録されている。 Step S204 calculates, in step S205, step S209, and step S210, the control circuit 70, the estimated temperature T e of the electro-optical material layer 30 is determined from the resistance value R, by a predetermined arithmetic expression based on the resistance value R You may. Alternatively, the control circuit 70, the estimated temperature T e, may be determined by referring to the data table shown and the resistance value R of the relationship between the estimated temperature T e. The data table is recorded on a storage medium (not shown).
 また、ステップS204、ステップS205、ステップS209、およびステップS210において、推定温度Tを算出または参照する必要はない。抵抗値R自体、または、所定の加熱/冷却エネルギーに対する抵抗値Rの変化率を、予め記憶された閾値と比較することにより、電気光学材料層30を加熱すべきか、冷却すべきかを決定してもよい。制御回路70は、電気光学材料層30の抵抗値Rが閾値よりも低い場合、電気光学材料層30を加熱する。制御回路70は、電気光学材料層30の抵抗値Rが閾値よりも高い場合、電気光学材料層30を冷却する。あるいは、制御回路70は、電気光学材料層30の抵抗値Rの変化率が閾値よりも高い場合、電気光学材料層30を加熱する。制御回路70は、電気光学材料層30の抵抗値Rの変化率が閾値よりも低い場合、電気光学材料層30を冷却する。 Further, step S204, step S205, step S209, and in step S210, it is not necessary to calculate or reference to the estimated temperature T e. By comparing the resistance value R itself or the rate of change of the resistance value R with respect to a predetermined heating / cooling energy with a threshold value stored in advance, it is determined whether the electro-optical material layer 30 should be heated or cooled. May be good. The control circuit 70 heats the electro-optical material layer 30 when the resistance value R of the electro-optical material layer 30 is lower than the threshold value. The control circuit 70 cools the electro-optical material layer 30 when the resistance value R of the electro-optical material layer 30 is higher than the threshold value. Alternatively, the control circuit 70 heats the electro-optical material layer 30 when the rate of change of the resistance value R of the electro-optical material layer 30 is higher than the threshold value. The control circuit 70 cools the electro-optical material layer 30 when the rate of change of the resistance value R of the electro-optical material layer 30 is lower than the threshold value.
 図3Bに示す動作により、制御回路70は、電気光学材料層30の温度Tをキュリー温度T付近に調整することができる。これにより、電気光学材料層30の電気光学効果を高く維持することができる。また、キュリー温度Tの代わりに、キュリー温度T以上の温度を基準温度Tとして、電気光学材料層30の温度Tを調整してもよい。これにより、電気光学材料層30の温度Tが基準温度T以下になっても、図10に示すように比誘電率εが緩やかに変化する常誘電相において、電気光学材料層30の電気光学効果が急激に低くなることはない。キュリー温度T以上である基準温度をT=T+ΔTとすると、ΔTは、例えば5℃以下に設定され得る。 By the operation shown in FIG. 3B, the control circuit 70 can adjust the temperature T of the electro-optical material layer 30 to the vicinity of the Curie temperature T c . As a result, the electro-optical effect of the electro-optical material layer 30 can be maintained high. Further, instead of the Curie temperature T c, the temperature above the Curie temperature T c as the reference temperature T s, may adjust the temperature T of the electro-optical material layer 30. As a result, even if the temperature T of the electro-optical material layer 30 becomes equal to or less than the reference temperature T s , the electricity of the electro-optical material layer 30 is generated in the normal dielectric phase in which the relative permittivity ε r gradually changes as shown in FIG. The optical effect does not drop sharply. Assuming that the reference temperature at which the Curie temperature is T c or higher is T s = T c + ΔT, ΔT can be set to, for example, 5 ° C. or lower.
 図3Cは、電気光学材料層の推定温度を求めず、抵抗値Rにより直接に加熱冷却制御を行う場合の制御回路70の動作を示すフローチャートである。この場合、必ずしも温度計を用いる必要はない。 FIG. 3C is a flowchart showing the operation of the control circuit 70 when the heating / cooling control is directly performed by the resistance value R without obtaining the estimated temperature of the electro-optical material layer. In this case, it is not always necessary to use a thermometer.
 ステップS301において、制御回路70は、一対の電極20に直流電圧を印加し、電流計40により電気光学材料層30に流れる電流を計測する。ステップS302において、制御回路70は、加熱冷却素子50に、電気光学材料層30を加熱または冷却させる。ステップS303において、制御回路70は、加熱または冷却に伴う電流値の変化に基づいて、温度変化に対する電気光学材料層30の抵抗値の変化率をモニタする。ステップS304において、制御回路70は抵抗値の変化率が予め定められた閾値よりも大きいか否かを判定する。ステップS304における判定がYesの場合、制御回路70は、ステップS305を実行する。ステップS305において、制御回路70は、加熱冷却素子50に、電気光学材料層30を加熱させる。ステップS304における判定がNoの場合、制御回路70は、ステップS306を実行する。ステップS306において、制御回路70は、加熱冷却素子50に、電気光学材料層30を冷却させる。ステップS305およびステップS306の後、制御回路70は、再びステップS303を実行する。 In step S301, the control circuit 70 applies a DC voltage to the pair of electrodes 20 and measures the current flowing through the electro-optical material layer 30 with an ammeter 40. In step S302, the control circuit 70 causes the heating / cooling element 50 to heat or cool the electro-optical material layer 30. In step S303, the control circuit 70 monitors the rate of change of the resistance value of the electro-optical material layer 30 with respect to the temperature change based on the change of the current value due to heating or cooling. In step S304, the control circuit 70 determines whether or not the rate of change of the resistance value is larger than a predetermined threshold value. If the determination in step S304 is Yes, the control circuit 70 executes step S305. In step S305, the control circuit 70 causes the heating / cooling element 50 to heat the electro-optical material layer 30. If the determination in step S304 is No, the control circuit 70 executes step S306. In step S306, the control circuit 70 causes the heating / cooling element 50 to cool the electro-optical material layer 30. After step S305 and step S306, the control circuit 70 executes step S303 again.
 図3Cに示す例によれば、電気光学材料層30のキュリー温度Tの値、および現在の温度が未知であっても、電気光学材料層30の温度をキュリー温度T付近に調整することができる。これにより、電気光学効果を高く維持することができる。 According to the example shown in FIG. 3C, the value of the Curie temperature T c of the electro-optical material layer 30 and the temperature of the electro-optical material layer 30 are adjusted to be near the Curie temperature T c even if the current temperature is unknown. Can be done. As a result, the electro-optical effect can be maintained high.
 なお、図3Cに示す例においても、温度計により周辺温度Tを計測し、メモリに記憶された基準温度よりも高いか低いかにより、ステップS302において加熱すべきか冷却すべきかを決定してもよい。 Even in the example shown in FIG. 3C, the ambient temperature Ta may be measured by a thermometer, and whether the temperature should be heated or cooled in step S302 may be determined depending on whether the temperature is higher or lower than the reference temperature stored in the memory. Good.
 本実施形態における光デバイス100では、一対の電極20は、屈折率を変化させるための電界印加の他に、電気光学材料層30の抵抗値Rの計測にも用いることができる。これにより、光デバイス100の構造を簡単化することができる。また、電界印加の位置と、抵抗値Rの計測の位置とが同じであることから、電気光学材料層30中の結晶性のばらつきおよび/または組成比のばらつきに起因する電気光学材料層30の各位置におけるキュリー温度Tの違いを考慮する必要がない。また、抵抗値Rの計測には、交流電圧ではなく直流電圧が印加される。これにより、直流電圧と直流電流の比である抵抗値Rの計測が容易になる。 In the optical device 100 of the present embodiment, the pair of electrodes 20 can be used not only for applying an electric field to change the refractive index, but also for measuring the resistance value R of the electro-optical material layer 30. Thereby, the structure of the optical device 100 can be simplified. Further, since the position where the electric field is applied and the position where the resistance value R is measured are the same, the electro-optical material layer 30 has a variation in crystallinity and / or a variation in the composition ratio in the electro-optical material layer 30. It is not necessary to consider the difference in Curie temperature T c at each position. Further, a DC voltage is applied instead of an AC voltage to measure the resistance value R. This facilitates the measurement of the resistance value R, which is the ratio of the DC voltage to the DC current.
 光デバイス100は、以下の構成要素をさらに備えてもよい。 The optical device 100 may further include the following components.
 図4は、光デバイス100が断熱材80をさらに備える例を模式的に示す図である。図4では、一部の構成要素の図示が省略されている。断熱材80は、電気光学材料層30の少なくとも一部を覆う。図4に示す例では、図1Aに示す電気光学材料層30のうち、外気に触れる部分が、断熱材80で覆われる。これにより、外気の温度変化に起因する電気光学材料層30の温度変化を抑制することができる。断熱材80は、電気光学材料層30の上記の部分に直接接触する必要はない。さらに、図4に示すように、図1Aに示す基板10、第1の電極20a、および第2の電極20bのうち、外気に触れる部分を、断熱材で覆っていてもよい。これにより、外気の温度変化に起因する基板10、第1の電極20a、および、第2の電極20bの温度変化を抑制することができる。その結果、外気の温度変化に起因する電気光学材料層30の温度変化をさらに抑制することができる。断熱材80は、基板10、第1の電極20a、および、第2の電極20bの上記の部分に直接接触する必要はない。断熱材80は、例えば、エポキシ樹脂から形成され得る。 FIG. 4 is a diagram schematically showing an example in which the optical device 100 further includes the heat insulating material 80. In FIG. 4, some components are not shown. The heat insulating material 80 covers at least a part of the electro-optical material layer 30. In the example shown in FIG. 4, the portion of the electro-optical material layer 30 shown in FIG. 1A that comes into contact with the outside air is covered with the heat insulating material 80. Thereby, the temperature change of the electro-optical material layer 30 due to the temperature change of the outside air can be suppressed. The heat insulating material 80 does not need to be in direct contact with the above portion of the electro-optical material layer 30. Further, as shown in FIG. 4, the portion of the substrate 10, the first electrode 20a, and the second electrode 20b shown in FIG. 1A that comes into contact with the outside air may be covered with a heat insulating material. As a result, it is possible to suppress the temperature change of the substrate 10, the first electrode 20a, and the second electrode 20b due to the temperature change of the outside air. As a result, the temperature change of the electro-optical material layer 30 due to the temperature change of the outside air can be further suppressed. The heat insulating material 80 does not need to be in direct contact with the substrate 10, the first electrode 20a, and the above portion of the second electrode 20b. The insulation 80 can be formed from, for example, an epoxy resin.
 図5は、光デバイス100が電磁シールド90をさらに備える例を模式的に示す図である。図5では、一部の構成要素の図示が省略されている。電磁シールド90は、電気光学材料層30の少なくとも一部を覆う。図5に示す例では、基板10、第1の電極20a、電気光学材料層30、および第2の電極20bが、電磁シールド90で覆われている。これにより、光デバイス100の外部および/または加熱冷却素子50からの電磁ノイズを遮蔽することができる。その結果、電気光学材料層30の抵抗を計測する際の電磁ノイズの影響を抑制することができる。電磁シールド90は、電気光学材料層30に直接接触する必要はない。電磁シールド90は、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、および鉄からなる群から選択される少なくとも1つから形成されている。なお、図5に示す電磁シールド90の内部に、図4に示す断熱材80を設けてもよい。 FIG. 5 is a diagram schematically showing an example in which the optical device 100 further includes an electromagnetic shield 90. In FIG. 5, some components are not shown. The electromagnetic shield 90 covers at least a part of the electro-optical material layer 30. In the example shown in FIG. 5, the substrate 10, the first electrode 20a, the electro-optical material layer 30, and the second electrode 20b are covered with the electromagnetic shield 90. As a result, electromagnetic noise from the outside of the optical device 100 and / or from the heating / cooling element 50 can be shielded. As a result, the influence of electromagnetic noise when measuring the resistance of the electro-optical material layer 30 can be suppressed. The electromagnetic shield 90 does not need to be in direct contact with the electro-optical material layer 30. The electromagnetic shield 90 is formed from at least one selected from the group consisting of silver, copper, gold, aluminum, nickel, and iron. The heat insulating material 80 shown in FIG. 4 may be provided inside the electromagnetic shield 90 shown in FIG.
 上記の例以外に、光デバイス100の変形例として、複数の電極対によって電気光学材料層30に直流電圧を印加してもよい。 In addition to the above example, as a modification of the optical device 100, a DC voltage may be applied to the electro-optical material layer 30 by a plurality of electrode pairs.
 図6は、変形例における光デバイス110を模式的に示す図である。図6では、一部の構成要素の図示が省略されている。図6に示す例では、図1Aに示す第2の電極20bの代わりに、第3の電極20ba、第4の電極20bb、および第5の電極20bcが位置している。第3の電極20ba、第4の電極20bb、および第5の電極20bcには、それぞれ、第1の電圧値VDCa、第2の電圧値VDCb、および第3の電圧値VDCcの直流電圧が印加される。第3の電極20ba、第4の電極20bb、および第5の電極20bcの各々と、対向する第1の電極20aの一部とを、一対の電極と考えることができる。図6に示す例では、図1Aに示す電流計40の代わりに、第1の電流計40a、第2の電流計40b、および第3の電流計40cが設けられている。図6に示す例では、図1Aに示す加熱冷却素子50の代わりに、第1の加熱冷却素子50a、第2の加熱冷却素子50b、および第3の加熱冷却素子50cが位置している。 FIG. 6 is a diagram schematically showing the optical device 110 in the modified example. In FIG. 6, some components are not shown. In the example shown in FIG. 6, the third electrode 20ba, the fourth electrode 20bb, and the fifth electrode 20bc are located in place of the second electrode 20b shown in FIG. 1A. The third electrode 20ba, the fourth electrode 20bb, and the fifth electrode 20bc have a DC voltage having a first voltage value V DCa , a second voltage value V DCb , and a third voltage value V DCc , respectively. Is applied. Each of the third electrode 20ba, the fourth electrode 20bb, and the fifth electrode 20bc and a part of the first electrode 20a facing each other can be considered as a pair of electrodes. In the example shown in FIG. 6, instead of the ammeter 40 shown in FIG. 1A, a first ammeter 40a, a second ammeter 40b, and a third ammeter 40c are provided. In the example shown in FIG. 6, instead of the heating / cooling element 50 shown in FIG. 1A, the first heating / cooling element 50a, the second heating / cooling element 50b, and the third heating / cooling element 50c are located.
 図6に示す例では、第3の電極20ba、第4の電極20bb、および第5の電極20bcにより、電気光学材料層30の3つの部分の屈折率を別々に変化させることができる。これにより、電気光学材料層30の上記3つの部分をそれぞれ伝搬する光の位相を別々に調整することができる。第1の電圧値VDCa、第2の電圧値VDCb、および第3の電圧値VDCcがすべて等しいとき、電気光学材料層30の上記3つの部分の屈折率の変化量は等しい。第1の電圧値VDCa、第2の電圧値VDCb、および第3の電圧値VDCcのうちの少なくとも一部が異なるとき、電気光学材料層30の上記3つの部分の屈折率の変化量のうちの少なくとも一部が異なる。第1の電圧値VDCa、第2の電圧値VDCb、および第3の電圧値VDCcがすべて異なるとき、電気光学材料層30の上記3つの部分の屈折率の変化量はすべて異なる。 In the example shown in FIG. 6, the refractive index of the three portions of the electro-optical material layer 30 can be changed separately by the third electrode 20ba, the fourth electrode 20bb, and the fifth electrode 20bc. Thereby, the phase of the light propagating in each of the above three portions of the electro-optical material layer 30 can be adjusted separately. When the first voltage value V DCa , the second voltage value V DCb , and the third voltage value V DCc are all equal, the amount of change in the refractive index of the above three parts of the electro-optical material layer 30 is equal. When at least a part of the first voltage value V DCa , the second voltage value V DCb , and the third voltage value V DCc is different, the amount of change in the refractive index of the above three parts of the electro-optical material layer 30 At least some of them are different. When the first voltage value V DCa , the second voltage value V DCb , and the third voltage value V DCc are all different, the amount of change in the refractive index of the above three parts of the electro-optical material layer 30 is all different.
 図6に示す例では、第1の電流計40a、第2の電流計40b、および第3の電流計40c、ならびに、第1の加熱冷却素子50a、第2の加熱冷却素子50b、および第3の加熱冷却素子50cにより、電気光学材料層30の上記3つの部分の温度を別々に調整することができる。 In the example shown in FIG. 6, the first ammeter 40a, the second ammeter 40b, and the third ammeter 40c, and the first heating / cooling element 50a, the second heating / cooling element 50b, and the third The temperature of the above three parts of the electro-optical material layer 30 can be adjusted separately by the heating / cooling element 50c of the above.
 図6に示す光デバイス110では、電気光学材料層30の上記3つの部分での結晶性および/または組成比が異なる場合、上記3つの部分でのキュリー温度Tが異なる可能性がある。この場合でも、上記3つの部分の温度をそれぞれのキュリー温度T付近に調整することにより、高い電気光学効果を得ることができる。電気光学材料層30の上記3つの部分は、分離していてもよい。 In the optical device 110 shown in FIG. 6, when the crystallinity and / or the composition ratio of the three parts of the electro-optical material layer 30 are different, the Curie temperature T c at the three parts may be different. Even in this case, a high electro-optical effect can be obtained by adjusting the temperatures of the above three portions to the vicinity of the respective Curie temperatures T c . The above three parts of the electro-optical material layer 30 may be separated.
 以上のように、本変形例における光デバイス110は、複数の電極対と、電気光学材料層30と、複数の加熱冷却素子と、制御回路70とを備える。複数の電極対には、直流電圧がそれぞれ印加される。複数の電極対の各々の間に、電気光学材料層30が位置する。複数の加熱冷却素子の各々は、複数の電極対のうちの対応する1つの電極対によって挟まれる電気光学材料層30の部位の加熱および冷却の少なくとも一方を行う。制御回路70は、電気光学材料層30の当該部位の抵抗値に基づいて、電気光学材料層30の当該部位を加熱または冷却させる信号を複数の加熱冷却素子の各々に入力する。電気光学材料層30の当該部位の抵抗値は、複数の電極対の各々に印加される直流電圧の値と、複数の電流計の各々によって計測される電流の値との比によって決定される。電気光学材料層30の当該部位を加熱または冷却する制御回路70の動作は、図3Aおよび図3Bに示す通りである。 As described above, the optical device 110 in this modification includes a plurality of electrode pairs, an electro-optical material layer 30, a plurality of heating / cooling elements, and a control circuit 70. A DC voltage is applied to each of the plurality of electrode pairs. The electro-optical material layer 30 is located between each of the plurality of electrode pairs. Each of the plurality of heating and cooling elements performs at least one of heating and cooling of a portion of the electro-optical material layer 30 sandwiched by one corresponding electrode pair among the plurality of electrode pairs. The control circuit 70 inputs a signal for heating or cooling the portion of the electro-optical material layer 30 to each of the plurality of heating / cooling elements based on the resistance value of the portion of the electro-optical material layer 30. The resistance value of the portion of the electro-optical material layer 30 is determined by the ratio of the value of the DC voltage applied to each of the plurality of electrode pairs to the value of the current measured by each of the plurality of ammeters. The operation of the control circuit 70 for heating or cooling the portion of the electro-optical material layer 30 is as shown in FIGS. 3A and 3B.
 (製造方法)
 以下に、光デバイス100の製造方法を説明する。
(Production method)
The manufacturing method of the optical device 100 will be described below.
 図7は、光デバイス100の製造工程を示すフローチャートである。光デバイス100の製造方法は、以下のステップS401からステップS405を含む。 FIG. 7 is a flowchart showing the manufacturing process of the optical device 100. The method for manufacturing the optical device 100 includes the following steps S401 to S405.
 ステップS401において、STO基板が用意される。STO基板は、図1Aに示す基板10に相当する。ステップS402において、STO基板の第1の面上に、SRO薄膜およびKTN薄膜がエピタキシャル成長によって形成される。SRO薄膜は、図1Aに示す第1の電極20aに相当する。KTN薄膜は、図1Aに示す電気光学材料層30に相当する。成膜には、PLD(Pulsed Laser Deposition)装置が用いられる。PLD装置の真空チャンバ内に、STO基板と、SROから形成されたターゲットとが対向して配置される。対向距離は25mmである。真空チャンバ内を真空排気した後Oガスを注入することにより、真空チャンバ内の圧力が1Paになる。STO基板は650℃に加熱される。SROから形成されたターゲットは、エキシマレーザで照射される。これにより、STO基板の第1の面10s1上に、SRO薄膜がエピタキシャル成長によって形成される。同様の手法により、SRO薄膜が第1の面10s1上に形成されたSTO基板が800℃に加熱され、KTNから形成されたターゲットがエキシマレーザで照射される。これにより、SRO薄膜上に、KTN薄膜がエピタキシャル成長によって形成される。冷却後、SRO薄膜およびKTN薄膜が第1の面10s1上方に形成されたSTO基板が、真空チャンバから取り出される。 In step S401, the STO substrate is prepared. The STO substrate corresponds to the substrate 10 shown in FIG. 1A. In step S402, an SRO thin film and a KTN thin film are formed by epitaxial growth on the first surface of the STO substrate. The SRO thin film corresponds to the first electrode 20a shown in FIG. 1A. The KTN thin film corresponds to the electro-optical material layer 30 shown in FIG. 1A. A PLD (Pulsed Laser Deposition) apparatus is used for film formation. In the vacuum chamber of the PLD device, the STO substrate and the target formed from the SRO are arranged to face each other. The facing distance is 25 mm. By injecting O 2 gas after evacuating the inside of the vacuum chamber, the pressure inside the vacuum chamber becomes 1 Pa. The STO substrate is heated to 650 ° C. The target formed from the SRO is irradiated with an excimer laser. As a result, an SRO thin film is formed by epitaxial growth on the first surface 10s1 of the STO substrate. By the same method, the STO substrate on which the SRO thin film is formed on the first surface 10s1 is heated to 800 ° C., and the target formed from KTN is irradiated with an excimer laser. As a result, a KTN thin film is formed on the SRO thin film by epitaxial growth. After cooling, the STO substrate on which the SRO thin film and the KTN thin film are formed above the first surface 10s1 is taken out of the vacuum chamber.
 ステップS403において、高周波スパッタ装置を用いて、KTN薄膜上にITO薄膜が形成される。ITO薄膜は、図1Aに示す第2の電極20bに相当する。高周波スパッタ装置の真空チャンバ内に、STO基板と、ITOから形成されたターゲットが対向して配置される。対向距離は70mmである。当該STO基板は、SRO薄膜、およびスパッタリング用のメタルマスクが貼り付けられたKTN薄膜を含む。メタルマスクが貼り付けられた箇所には、ITO薄膜は形成されない。これにより、ITO薄膜が形成される。メタルマスクは必ずしも必要ではない。真空チャンバ内を真空排気した後Oガスを注入することにより、真空チャンバ内の圧力が1Paになる。RFパワー137Wで170秒スパッタリングすることにより、膜厚100nmのITO薄膜が、KTN薄膜上に形成される。 In step S403, an ITO thin film is formed on the KTN thin film by using a high frequency sputtering apparatus. The ITO thin film corresponds to the second electrode 20b shown in FIG. 1A. In the vacuum chamber of the high frequency sputtering apparatus, the STO substrate and the target formed of ITO are arranged so as to face each other. The facing distance is 70 mm. The STO substrate includes an SRO thin film and a KTN thin film to which a metal mask for sputtering is attached. The ITO thin film is not formed at the place where the metal mask is attached. As a result, an ITO thin film is formed. A metal mask is not always necessary. By injecting O 2 gas after evacuating the inside of the vacuum chamber, the pressure inside the vacuum chamber becomes 1 Pa. By sputtering at RF power 137 W for 170 seconds, an ITO thin film having a film thickness of 100 nm is formed on the KTN thin film.
 ステップS404において、STO基板の第2の面10s2に、加熱冷却素子50が取り付けられる。ステップS405において、ITO薄膜に、図1Aに示す電流計40が取り付けられる。 In step S404, the heating / cooling element 50 is attached to the second surface 10s2 of the STO substrate. In step S405, the ammeter 40 shown in FIG. 1A is attached to the ITO thin film.
 (応用例)
 本実施形態における光デバイス100では、制御回路70は、一対の電極20に印加される直流電圧の値を変化させることにより、電気光学材料層30の屈折率を変化させる。これにより、電気光学材料層30内を伝搬する光32の位相が変化する。前述したように電気光学材料層30の温度Tを適切に調整することにより、電気光学材料層30の電気光学効果を高く維持することができる。その結果、光32の位相を大きく変化させることができる。以下に、光32の位相の変化を利用した応用例を説明する。
(Application example)
In the optical device 100 of the present embodiment, the control circuit 70 changes the refractive index of the electro-optical material layer 30 by changing the value of the DC voltage applied to the pair of electrodes 20. As a result, the phase of the light 32 propagating in the electro-optical material layer 30 changes. By appropriately adjusting the temperature T of the electro-optical material layer 30 as described above, the electro-optical effect of the electro-optical material layer 30 can be maintained high. As a result, the phase of the light 32 can be significantly changed. An application example using the change in the phase of the light 32 will be described below.
 本実施形態における光デバイス100は、例えば、マッハ・ツェンダー(Mach-Zehnder)型の光スイッチングデバイスに適用することができる。図8は、マッハ・ツェンダー型の光スイッチングデバイス200の例を模式的に示す平面図である。光スイッチングデバイス200は、入力導波路200a、分岐された2つの光導波路200b、および出力導波路200cを備える。分岐された2つの光導波路200bは、入力導波路200aと出力導波路200cとの間に位置する。図8に示す例では、入力導波路200a側の分岐点A、および出力導波路200c側の分岐点Bでの光の反射は考慮されない。分岐された2つの光導波路200bのうち、一方の光導波路は、本実施形態における光デバイス100を含む。 The optical device 100 in this embodiment can be applied to, for example, a Mach-Zehnder type optical switching device. FIG. 8 is a plan view schematically showing an example of a Mach-Zehnder type optical switching device 200. The optical switching device 200 includes an input waveguide 200a, two branched optical waveguides 200b, and an output waveguide 200c. The two branched optical waveguides 200b are located between the input waveguide 200a and the output waveguide 200c. In the example shown in FIG. 8, the reflection of light at the branch point A on the input waveguide 200a side and the branch point B on the output waveguide 200c side is not considered. Of the two branched optical waveguides 200b, one of the optical waveguides includes the optical device 100 in this embodiment.
 当該一方の光導波路内を伝搬する光の位相は、他方の光導波路内を伝搬する光の位相と比較して、Δφ=(2π/λ)ΔnLだけシフトする。光デバイス100における一対の電極20に印加する直流電圧の値がVDC=0Vのとき、Δφ=0である。このとき、分岐された2つの光導波路200bからそれぞれ出力された光の位相は、同位相である。このため、同位相の2つの光が出力導波路200cに入力すると、当該2つの光は重なり合う。したがって、出力導波路200cから出力された光の強度Ioutは、入力導波路200aに入力された光の強度Iinに等しい。 The phase of the light propagating in the one optical waveguide is shifted by Δφ = (2π / λ) ΔnL as compared with the phase of the light propagating in the other optical waveguide. When the value of the DC voltage applied to the pair of electrodes 20 in the optical device 100 is VDC = 0V, Δφ = 0. At this time, the phases of the light output from the two branched optical waveguides 200b are in phase with each other. Therefore, when two lights having the same phase are input to the output waveguide 200c, the two lights overlap each other. Therefore, the intensity I out of the light output from the output waveguide 200c is equal to the intensity I in of the light input to the input waveguide 200a.
 一方、光デバイス100における一対の電極20に印加する直流電圧の値がVDC≠0Vのとき、Δφ=πにすることができる。このとき、分岐された2つの光導波路200bからそれぞれ出力された光の位相は、逆位相になる。このため、逆位相の2つの光が出力導波路200cに入力すると、当該2つの光は打ち消しあう。したがって、出力導波路200cから出力された光の強度Ioutは0になる。 On the other hand, when the value of the DC voltage applied to the pair of electrodes 20 in the optical device 100 is VDC ≠ 0V, Δφ = π can be set. At this time, the phases of the light output from the two branched optical waveguides 200b are opposite to each other. Therefore, when two lights having opposite phases are input to the output waveguide 200c, the two lights cancel each other out. Therefore, the intensity I out of the light output from the output waveguide 200c becomes 0.
 以上のように、光デバイス100における一対の電極20に印加する直流電圧を変化させることにより、光スイッチングデバイス200の出力導波路200cから出力された光の強度Ioutを、Iinから0まで連続的に調整することができる。 As described above, by changing the DC voltage applied to the pair of electrodes 20 in the optical device 100, the intensity I out of the light output from the output waveguide 200c of the optical switching device 200 is continuously increased from I in to 0. Can be adjusted.
 また、本実施形態における光デバイス100は、例えば、光フェーズドアレイ300に適用することができる。図9Aおよび図9Bは、光フェーズドアレイ300の例を模式的に示す図である。光フェーズドアレイ300は、Y方向に配列された複数の光導波路300wを備える。複数の光導波路300wの各々は、本実施形態における光デバイス100を含む。複数の光導波路300wからそれぞれ出力された複数の光は、互いに干渉する。これにより、光フェーズドアレイ300から出力された干渉光は、特定の方向に伝搬する。図9Aおよび図9Bに示す例において、破線は、複数の光導波路300wからそれぞれ出力された複数の光の波面を表している。実線は、光フェーズドアレイ300から出力された干渉光の波面を表している。図9Aおよび図9Bに示す例において、複数の光導波路300wは、等間隔で配列されているが、異なる間隔で配列されていてもよい。 Further, the optical device 100 in this embodiment can be applied to, for example, an optical phased array 300. 9A and 9B are diagrams schematically showing an example of an optical phased array 300. The optical phased array 300 includes a plurality of optical waveguides 300w arranged in the Y direction. Each of the plurality of optical waveguides 300w includes the optical device 100 in this embodiment. The plurality of lights output from the plurality of optical waveguides 300w interfere with each other. As a result, the interference light output from the optical phased array 300 propagates in a specific direction. In the examples shown in FIGS. 9A and 9B, the broken lines represent the wave planes of the plurality of lights output from the plurality of optical waveguides 300w, respectively. The solid line represents the wave surface of the interference light output from the optical phased array 300. In the examples shown in FIGS. 9A and 9B, the plurality of optical waveguides 300w are arranged at equal intervals, but may be arranged at different intervals.
 図9Aに示す例では、光デバイス100における一対の電極20に印加する直流電圧の値がVDC=0Vのとき、複数の光導波路300wから出力される光の位相は、同位相である。したがって、光フェーズドアレイ300から出力された干渉光は、複数の光導波路300wが延びるX方向と同じ方向に伝搬する。 In the example shown in FIG. 9A, when the value of the DC voltage applied to the pair of electrodes 20 in the optical device 100 is VDC = 0V, the phases of the light output from the plurality of optical waveguides 300w are in phase. Therefore, the interference light output from the optical phased array 300 propagates in the same direction as the X direction in which the plurality of optical waveguides 300w extend.
 図9Bに示す例では、光デバイス100における一対の電極20に印加する直流電圧の値を調整することにより、複数の光導波路300wから出力される光の位相は、Y方向に沿ってΔφずつ増加する。したがって、光フェーズドアレイ300から出力された干渉光は、複数の光導波路300wが延びるX方向とは異なる方向に伝搬する。 In the example shown in FIG. 9B, the phase of the light output from the plurality of optical waveguides 300w increases by Δφ in the Y direction by adjusting the value of the DC voltage applied to the pair of electrodes 20 in the optical device 100. To do. Therefore, the interference light output from the optical phased array 300 propagates in a direction different from the X direction in which the plurality of optical waveguides 300w extend.
 以上のように、光デバイス100における一対の電極20に印加する直流電圧を変化させることにより、光フェーズドアレイ300から出力された干渉光の伝搬方向を調整することができる。すなわち、光ビームスキャンが可能になる。さらに、光フェーズドアレイ300は、特定方向から入射する光を検出することも可能である。図9Aおよび図9Bに示す例では、光フェーズドアレイ300は、矢印とは逆の方向から入射した光を検出することができる。 As described above, the propagation direction of the interference light output from the optical phased array 300 can be adjusted by changing the DC voltage applied to the pair of electrodes 20 in the optical device 100. That is, light beam scanning becomes possible. Further, the optical phased array 300 can also detect light incident from a specific direction. In the example shown in FIGS. 9A and 9B, the optical phased array 300 can detect incident light from the direction opposite to the arrow.
 光フェーズドアレイ300は、例えば、LiDAR(Light Detection and Ranging)システムなどの光スキャンシステムおよび/または光検出システムにおけるアンテナとして用いられ得る。LiDARシステムでは、ミリ波などの電波を用いたレーダシステムと比較して、可視光、赤外線、または紫外線などの短波長の電磁波が用いられる。このため、物体の距離分布を高い分解能でスキャンおよび検出することができる。そのようなLiDARシステムは、例えば自動車、UAV(Unmanned Aerial Vehicle、所謂ドローン)、またはAGV(Automated Guided Vehicle)などの移動体に搭載され、衝突回避技術の1つとして使用され得る。 The optical phased array 300 can be used, for example, as an antenna in an optical scanning system such as a LiDAR (Light Detection and Ranking) system and / or an optical detection system. In the LiDAR system, electromagnetic waves having a short wavelength such as visible light, infrared rays, or ultraviolet rays are used as compared with a radar system using radio waves such as millimeter waves. Therefore, the distance distribution of the object can be scanned and detected with high resolution. Such a LiDAR system can be mounted on a moving body such as an automobile, a UAV (Unmanned Aerial Vehicle, so-called drone), or an AGV (Automated Guided Vehicle), and can be used as one of collision avoidance technologies.
 本開示の実施形態における光デバイスは、例えば、マッハ・ツェンダー型の光スイッチングデバイス、または自動車、UAV、もしくはAGVなどの車両に搭載されるLiDARシステムの用途に利用できる。 The optical device according to the embodiment of the present disclosure can be used, for example, as a Mach-Zehnder type optical switching device or a LiDAR system mounted on a vehicle such as an automobile, UAV, or AGV.
  10   :基板
  10s1 :第1の面
  10s2 :第2の面
  20   :電極
  20a  :第1の電極
  20b  :第2の電極
  20ba :第3の電極
  20bb :第4の電極
  20bc :第5の電極
  30   :電気光学材料層
  32   :光
  40   :電流計
  40a  :第1の電流計
  40b  :第2の電流計
  40c  :第3の電流計
  42   :抵抗器
  50   :加熱冷却素子
  50a  :第1の加熱冷却素子
  50b  :第2の加熱冷却素子
  50c  :第3の加熱冷却素子
  60   :温度計
  70   :制御回路
  80   :断熱材
  90   :電磁シールド
  100、110  :光デバイス
  200  :光スイッチングデバイス
  200a :入力導波路
  200b :分岐された2つの光導波路
  200c :出力導波路
  300  :光フェーズドアレイ
  300w :複数の光導波路
10: Substrate 10s1: First surface 10s2: Second surface 20: Electrode 20a: First electrode 20b: Second electrode 20ba: Third electrode 20bb: Fourth electrode 20bc: Fifth electrode 30: Electro-optical material layer 32: Optical 40: Current meter 40a: First current meter 40b: Second current meter 40c: Third current meter 42: Resistor 50: Heating and cooling element 50a: First heating and cooling element 50b : Second heating / cooling element 50c: Third heating / cooling element 60: Thermometer 70: Control circuit 80: Insulation material 90: Electromagnetic shield 100, 110: Optical device 200: Optical switching device 200a: Input waveguide 200b: Branch Two optical waveguides 200c: Output waveguide 300: Optical phased array 300w: Multiple optical waveguides

Claims (15)

  1.  直流電圧が印加される一対の電極と、
     前記一対の電極の間に位置する電気光学材料層と、
     前記電気光学材料層に流れる電流を計測する電流計と、
     前記電気光学材料層の加熱および冷却の少なくとも一方を行う加熱冷却素子と、
     前記直流電圧の値、および前記電流計によって計測される前記電流の値に基づいて、前記加熱冷却素子を制御する制御回路と、
    を備える光デバイス。
    A pair of electrodes to which a DC voltage is applied and
    An electro-optical material layer located between the pair of electrodes,
    An ammeter that measures the current flowing through the electro-optical material layer,
    A heating / cooling element that heats and cools the electro-optical material layer,
    A control circuit that controls the heating / cooling element based on the value of the DC voltage and the value of the current measured by the ammeter.
    Optical device with.
  2.  前記制御回路は、前記直流電圧の値を変化させることにより、前記電気光学材料層の屈折率を変化させる、請求項1に記載の光デバイス。 The optical device according to claim 1, wherein the control circuit changes the refractive index of the electro-optical material layer by changing the value of the DC voltage.
  3.  前記屈折率の変化により、前記電気光学材料層を導波する光の位相を制御する、
    請求項2に記載の光デバイス。
    The phase of the light guided through the electro-optical material layer is controlled by the change in the refractive index.
    The optical device according to claim 2.
  4.  前記直流電圧は、直流パルス電圧である、
    請求項1から3のいずれかに記載の光デバイス。
    The DC voltage is a DC pulse voltage.
    The optical device according to any one of claims 1 to 3.
  5.  前記制御回路は、前記直流電圧の値と前記電流の値とから前記電気光学材料層の抵抗値を算出し、前記加熱冷却素子による加熱および冷却の少なくとも一方による前記抵抗値の変化に基づき、前記加熱冷却素子を制御する、
    請求項1から4のいずれかに記載の光デバイス。
    The control circuit calculates the resistance value of the electro-optical material layer from the value of the DC voltage and the value of the current, and based on the change in the resistance value due to at least one of heating and cooling by the heating / cooling element, the said Control the heating and cooling elements,
    The optical device according to any one of claims 1 to 4.
  6.  前記光デバイスは、温度計をさらに備え、
     前記制御回路は、動作開始時に、
     前記温度計によって計測された温度が基準温度よりも低いとき、前記加熱冷却素子に前記電気光学材料層を加熱させ、
     前記温度計によって計測された温度が基準温度よりも高いとき、前記加熱冷却素子に前記電気光学材料層を冷却させる、
    請求項1から5のいずれかに記載の光デバイス。
    The optical device further comprises a thermometer.
    At the start of operation, the control circuit
    When the temperature measured by the thermometer is lower than the reference temperature, the heating / cooling element is used to heat the electro-optical material layer.
    When the temperature measured by the thermometer is higher than the reference temperature, the heating / cooling element cools the electro-optical material layer.
    The optical device according to any one of claims 1 to 5.
  7.  前記電気光学材料層は、強誘電体によって構成され、
     前記基準温度は、前記強誘電体のキュリー温度である、
    請求項6に記載の光デバイス。
    The electro-optical material layer is composed of a ferroelectric substance.
    The reference temperature is the Curie temperature of the ferroelectric substance.
    The optical device according to claim 6.
  8.  前記制御回路は、
      前記一対の電極に直流電圧を印加し、
      前記加熱冷却素子に、前記電気光学材料層を加熱または冷却させ、
      前記電気光学材料層を加熱または冷却することによる前記電流の値の変化、および前記直流電圧の値に基づいて、前記基準温度を決定する、
    請求項6または7に記載の光デバイス。
    The control circuit
    A DC voltage is applied to the pair of electrodes to
    The heating / cooling element is allowed to heat or cool the electro-optical material layer.
    The reference temperature is determined based on the change in the value of the current due to heating or cooling the electro-optical material layer and the value of the DC voltage.
    The optical device according to claim 6 or 7.
  9.  前記加熱冷却素子は、ペルチェ素子を含む、
    請求項1から8のいずれかに記載の光デバイス。
    The heating / cooling element includes a Peltier element.
    The optical device according to any one of claims 1 to 8.
  10.  前記電気光学材料層の少なくとも一部を覆う断熱材をさらに備える、
    請求項1から9のいずれかに記載の光デバイス。
    Further comprising a heat insulating material covering at least a part of the electro-optical material layer.
    The optical device according to any one of claims 1 to 9.
  11.  前記電気光学材料層の少なくとも一部を覆う電磁シールドをさらに備える、請求項1から10のいずれかに記載の光デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 10, further comprising an electromagnetic shield that covers at least a part of the electro-optical material layer.
  12.  前記電気光学材料層は、タンタル酸ニオブ酸カリウムを含む、
    請求項1から11のいずれかに記載の光デバイス。
    The electro-optical material layer contains potassium niobate tantalate.
    The optical device according to any one of claims 1 to 11.
  13.  前記電気光学材料層の厚さは、0.1μm以上10μm以下である、
    請求項1から12のいずれかに記載の光デバイス。
    The thickness of the electro-optical material layer is 0.1 μm or more and 10 μm or less.
    The optical device according to any one of claims 1 to 12.
  14.  前記電流計と、前記一対の電極の一方との間に、前記電気光学材料層の絶縁破壊防止用の抵抗器をさらに備える、
    請求項1から13のいずれかに記載の光デバイス。
    A resistor for preventing dielectric breakdown of the electro-optical material layer is further provided between the ammeter and one of the pair of electrodes.
    The optical device according to any one of claims 1 to 13.
  15.  直流電圧がそれぞれ印加される複数の電極対と、
     前記複数の電極対の各々の間に位置する、電気光学材料層と、
     各々が、前記複数の電極対のうちの対応する1つの電極対によって挟まれる前記電気光学材料層の部位に流れる電流を計測する複数の電流計と、
     各々が、前記複数の電極対のうちの対応する1つの電極対によって挟まれる前記電気光学材料層の部位の加熱および冷却の少なくとも一方を行う複数の加熱冷却素子と、
     前記複数の電極対の各々に印加される前記直流電圧の値、および前記複数の電流計の各々によって計測される前記電流の値に基づいて、前記複数の加熱冷却素子の各々を制御する制御回路と、
    を備える光デバイス。
    With multiple electrode pairs to which DC voltage is applied,
    An electro-optic material layer located between each of the plurality of electrode pairs,
    A plurality of ammeters, each of which measures a current flowing through a portion of the electro-optical material layer sandwiched by one corresponding electrode pair of the plurality of electrode pairs,
    A plurality of heating and cooling elements, each of which performs at least one of heating and cooling of a portion of the electro-optical material layer sandwiched by one corresponding electrode pair of the plurality of electrode pairs.
    A control circuit that controls each of the plurality of heating / cooling elements based on the value of the DC voltage applied to each of the plurality of electrode pairs and the value of the current measured by each of the plurality of ammeters. When,
    Optical device with.
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