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JP3261783B2 - 光変調素子 - Google Patents

光変調素子

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JP3261783B2
JP3261783B2 JP01721193A JP1721193A JP3261783B2 JP 3261783 B2 JP3261783 B2 JP 3261783B2 JP 01721193 A JP01721193 A JP 01721193A JP 1721193 A JP1721193 A JP 1721193A JP 3261783 B2 JP3261783 B2 JP 3261783B2
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JP
Japan
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optical shutter
voltage
light
region
wafer
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Inventor
博久 北野
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ミノルタ株式会社
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/055Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect the active material being a ceramic
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光プリンタ等に組み込
まれて使用される光変調素子に関する。
【0002】
【発明の背景と課題】PLZTに代表される電気光学効
果を有する材料を用いた光変調素子において、変調領域
に光を照射しながら長時間直流電圧を印加すると、性能
が変動するという現象が一般に知られている。これは、
直流電圧が印加されている変調領域の内部に、材料特性
(光導電性)に起因する電荷が発生するからである。直
流電圧を長時間印加した場合、この電荷が変調領域内部
に残留して空間電界を形成することになる。この残留空
間電界は変調領域に直流電圧を印加するための電極の近
傍において特に強いことが確認されている。そして、従
来の光変調素子は、この残留空間電界によって性能が変
動していた。
【0003】この対策のために、(1)直流電圧の代わ
りに交流電圧(交流的パルス電圧)を印加して残留電荷
を除去したり、(2)直流電圧の印加を周期的に一時停
止した状態で光を照射する等の方法が有効であることが
既に確認されている。しかしながら、いずれの方法も光
変調素子の使用条件を著しく制限するものであり、ま
た、特別の回路や部品を新たに設ける必要がある等の問
題があった。
【0004】そこで、本発明の課題は、特別の回路や部
品を新たに付加することなく、かつ、直流電圧を長時間
印加しても性能が殆ど変動することなく、常に安定して
いる光変調素子を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段と作用】以上の課題を解決
するため、本発明に係る光変調素子は、一対の電極の間
に配設された変調領域であって、透過光が通る光透過面
全体に、前記電気光学効果を有する材料自身を表面改質
して電気抵抗率の低い領域を設けたことを特徴とする。
ここに、変調領域とは、一対の電極間に電圧が印加され
たときに電界が生じる部分を意味する。
【0006】光変調素子の材料としては、PLZT,L
iNbO3,Bi12GeO20,Bi12SiO20,Bi12
TiO20,BaTiO3等が用いられる。また、変調領
域の電気抵抗率を低下させる処理方法としては、加熱
法、反応性スパッタリング法、プラズマ反応法等が採用
される。以上の構成において、変調領域であって、透過
光が通る光透過面全体に設けられた電気抵抗率の低い領
域は、その内部を電荷が移動し易い。従って、直流電圧
が印加されることによって発生した電荷は、電気抵抗率
の低い領域を移動し、再結合し易く、また、変調領域外
へ排出され易い。この結果、電荷が変調領域に残留せ
ず、残留電荷に起因する残留空間電界の発生を抑える。
【0007】
【実施例】以下、本発明に係る光変調素子の実施例にお
いて、その製造方法と共に添付図面を参照して説明す
る。 [第1実施例、図1〜図3参照]図1に示すように、光
変調素子である光シャッタ素子1は直方体状の光シャッ
タ部6を有している。光シャッタ部6の上面7は光透過
面になっている。光シャッタ部6の上部は後述する加熱
処理法によって電気抵抗率の低い領域6aが形成されて
いる。なお、図1においては、1個の光シャッタ部を備
えた光シャッタ素子が示されているが、通常、数十から
数百の光シャッタ部を備えた光シャッタ素子が実用に供
される。
【0008】この光シャッタ素子1は、光シャッタ部6
の一方の側面に共通電極2が設けられ、他方の側面に個
別電極3が設けられている。共通電極2と個別電極3に
は、直流電圧供給回路10が電気的に接続されている。
この共通電極2と個別電極3に挟まれた光シャッタ部6
の領域が変調領域として機能する。次に、以上の構造か
らなる光シャッタ素子1の作用、効果について説明す
る。
【0009】直流電圧供給回路から供給された直流電圧
が、個別電極3と共通電極2の間に印加されると、光シ
ャッタ部6の内部に直流電界が生じる。この直流電界の
方向に対し、偏光子(図示せず)によって45度傾かせ
た直線偏光を、光シャッタ部6に入射させる。光シャッ
タ部6に直流電圧が印加されているときは、その電気光
学効果により、直線偏光はその偏光方向を90度回転さ
せながら光シャッタ部6内を透過した後、検光子(図示
せず)に導かれる。検光子の偏向方向は偏光子の偏向方
向に対して90度の角度を有しているため、直線偏光は
検光子を透過する。一方、光シャッタ部6に直流電圧が
印加されていないときは、直線偏光はその偏向方向を変
えないで光シャッタ部6内を透過した後、検光子に導か
れる。しかし、直線偏光は検光子を透過する成分を有さ
ないため、検光子によって遮断される。
【0010】直流電界が生じている光シャッタ部6内部
には、材料特性(光導電性)に起因する電荷が発生す
る。しかしながら、この電荷は光シャッタ部6の上部に
形成された電気抵抗率の低い領域6a内を移動して、再
結合したり、また、光シャッタ部6外へ排出されたりす
る。従って、光シャッタ部6内に電荷が残留せず、残留
空間電界の発生が抑制される。この結果、光シャッタ素
子1に直流電圧を長時間印加しても、光シャッタ素子1
の性能は殆ど変動することなく、常に安定している。具
体的には、従来の光シャッタ素子のように、透過光量が
最大となる半波長電圧が上昇したり、電圧が印加されて
いない状態での漏れ光量が増加する等の現象がなくな
る。
【0011】次に、光シャッタ素子1の製造方法の一例
について説明する。まず、電気光学効果を有する材料か
らなる板状ウェハを十分に洗浄した後、ウェハの一方の
面に真空蒸着あるいはスパッタリング等の手段にてアル
ミ膜を形成する。ウェハの材料としては、PLZT,L
iNbO3,Bi12GeO20,Bi1 2SiO20,Bi12
TiO20,BaTiO3等が用いられる。
【0012】次に、このウェハを電気炉に入れ、1気圧
の窒素ガス雰囲気中で加熱処理する。このときの条件と
して、昇温速度は10℃/分、保持温度は300〜60
0℃、保持時間は2時間、降温速度は−10℃/分であ
った。加熱処理後、エッチング(ウェット,ドライ)等
の手段にてウェハ表面を傷つけないように注意深くアル
ミ膜を除去する。
【0013】こうして、アルミ膜を除去した側の表面部
分が改質される。すなわち、表面改質された面の表面抵
抗は、加熱処理をしていない通常のウェハと比較して電
気抵抗率が著しく低下している。例えば、通常のウェハ
の表面の抵抗率が約1013Ωcmであったのに対し、保
持温度が600℃にて加熱処理をしたウェハの表面の抵
抗率は約106Ωcmであった。
【0014】図2は、ウェハの材料にPLZTを用いた
ときの分光透過率の測定結果を示すグラフである。実線
14,15,16,17は、それぞれ保持温度が300
℃、400℃、500℃、600℃にて加熱処理をした
ウェハの分光透過率を示すものである。比較のために、
加熱処理をしていない通常のウェハの分光透過率も点線
18にて示した。保持温度が高くなるにつれて、透過率
が徐々に低下し、保持温度が600℃にて加熱処理をし
たウェハは殆ど光透過性を有さないため、光変調素子と
して用いることは困難である。なお、図2に示されたグ
ラフは、ウェハ自体の透過率を示すもので、偏光子及び
検光子は使用せず、かつ、電圧は印加されていない状態
での測定結果である。
【0015】次に、図2に示された分光透過率を有する
各ウェハ(但し、保持温度が600℃にて加熱処理をし
たウェハは除く)を、切削加工等の手段によって図1に
示される形状にする。すなわち、表面改質された面が、
直方体状光シャッタ部6の透過面7とされる。さらに、
光シャッタ部6の両側面には、それぞれアルミのスパッ
タリング又は蒸着等の手段により共通電極2及び個別電
極3が設けられ、光シャッタ素子1とされる。
【0016】図3はこうして得られた光シャッタ素子1
の直流印加電圧と透過光量の関係を示すグラフである。
一点鎖線20aと実線20bは、それぞれ保持温度が3
00℃にて加熱処理をしたウェハにて製作された光シャ
ッタ素子の直流電圧印加直後及び3時間連続して直流電
圧を印加された後の透過光量特性を示したものである。
一点鎖線21aと実線21bは、それぞれ保持温度が4
00℃にて加熱処理をしたウェハにて製作された光シャ
ッタ素子の直流電圧印加直後及び3時間連続して直流電
圧を印加された後の透過光量特性を示したものである。
一点鎖線22aと実線22bは、それぞれ保持温度が5
00℃にて加熱処理をしたウェハにて製作された光シャ
ッタ素子の直流電圧印加直後及び3時間連続して直流電
圧を印加された後の透過光量特性を示したものである。
比較のため、加熱処理をしていない通常のウェハにて製
作された光シャッタ素子の直流電圧印加直後及び3時間
連続して直流電圧を印加された後の透過光量特性も、そ
れぞれ点線23a,23bにて示した。加熱処理をして
いないウェハにて製作された光シャッタ素子は、直流電
圧を長時間印加されると、特性が大きくずれる。すなわ
ち、直流電圧印加直後と比較して半波長電圧が高くなる
と共に、直流電圧が印加されていない状態での漏れ光量
が増加する。
【0017】一方、加熱処理によって表面改質されたウ
ェハにて製作された光シャッタ素子は、直流電圧を長時
間印加しても特性が殆どずれないで、安定した特性を示
している。 [第2実施例、図4]図4はプレーナ型光シャッタアレ
イ30を示すものである。電気光学効果を有する材料か
らなる光シャッタアレイ30の上部は第1実施例と同様
の加熱処理方法によって表面改質され、上部には電気抵
抗率の低い領域30aが形成されている。
【0018】この光シャッタアレイ30の表面31にフ
ォトリソグラフィーの手段にて共通電極32a,32
b,32c及び個別電極33a、33b,33cが形成
されている。共通電極32aと個別電極33aの間の領
域(図中点線にて挟まれた領域)が、変調領域である光
シャッタ部36aである。同様にして、共通電極32b
と個別電極33bの間の領域、共通電極32cと個別電
極33cの間の領域が、それぞれ光シャッタ部36b,
36cである。個別電極33a〜33cはドライバ回路
39を介して直流電圧供給回路40に電気的に接続さ
れ、共通電極32a〜32cは直流電圧供給回路40に
電気的に接続されている。
【0019】以上の構造からなる光シャッタアレイ30
は第1実施例の光シャッタ素子1と同様の作用、効果を
奏する。 [他の実施例]なお、本発明に係る光変調素子は前記実
施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種
々に変形することができる。
【0020】電気抵抗率の低い領域は、個別電極あるい
は共通電極近傍に設けてもよい。また、個別電極及び共
通電極に印加する直流電圧を周期的に一時停止した状態
で光を照射するようにしてもよい。さらに、個別電極及
び共通電極に印加する電圧は、交流電圧(交流的パルス
電圧)であってもよい。
【0021】また、変調領域に電気抵抗率の低い領域を
設ける方法としては、前記実施例の加熱処理法の他に、
反応性スパッタリングやプラズマ反応を利用する方法等
がある。さらに、光変調素子の表裏面に共通電極や個別
電極を設けた場合には、表裏面を表面改質させればよ
い。
【0022】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、変調領域であって、透過光が通る光透過面全体
、前記電気光学効果を有する材料自身を表面改質して
電気抵抗率の低い領域を設けたので、残留空間電界が抑
えられ、直流電圧を長時間印加しても、性能が殆ど変動
することなく、常に安定している光変調素子が得られ
る。
【0023】しかも、特別の回路や部品を新たに付加す
ることがないので、光プリンタ等が大型化する心配もな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光変調素子の第1実施例を示す斜
視図。
【図2】図1に示された光変調素子の分光透過率特性を
示すグラフ。
【図3】図1に示された光変調素子の直流印加電圧と透
過光量の関係を示すグラフ。
【図4】本発明に係る光変調素子の第2実施例を示す斜
視図。
【符号の説明】 1…光シャッタ素子(光変調素子) 2…共通電極 3…個別電極 6…光シャッタ部(変調領域) 6a…電気抵抗率の低い領域 30…光シャッタアレイ(光変調素子) 30a…電気抵抗率の低い領域 32a,32b,32c…共通電極 33a,33b,33c…個別電極 36a,36b,36c…光シャッタ部(変調領域)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学効果を有する材料を用いた光変
    調素子において、 一対の電極の間に配設された変調領域であって、透過光
    が通る光透過面全体に、前記電気光学効果を有する材料
    自身を表面改質して電気抵抗率の低い領域を設けたこと
    を特徴とする光変調素子。
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