具有光調制膜的光控制裝置的制作方法

專利名稱：具有光調制膜的光控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光控制裝置。
背景技術：
近年來作為大容量記錄方式知道有利用全息原理的數字信息記錄系統 (例如專利文獻1 )。
圖5是表示全息記錄裝置一例的圖。全息記錄裝置100主要包括激 光光源102、光束分光器104、光束擴展器106、空間光調制器SLM108、 全息圖形寫入機構110、傅里葉變換透鏡112、記錄媒體114、反射鏡116、 轉動反射鏡118。在此，作為空間光調制器SLM108是使用的透射型顯示裝置。
全息記錄裝置100中從激光光源102發出的激光被光束分光器104分 割為兩束光。其中一束光被光束擴展器106擴大光束徑并且作為平行光向 空間光調制器SLM108照射。全息圖形寫入機構IIO把全息圖形作為電信 號向空間光調制器SLM108發送。空間光調制器SLM108根據接收到的電 信號在平面上形成全息圖形。向空間光調制器SLM108照射的光在透射空 間光調制器SLM108時被進行光調制而成為包含全息圖形的信號光。該信 號光通過傅里葉變換透鏡112被進行傅里葉變換，向記錄^^某體114內聚光。 另一方面在光束分光器104中分割的另一束光則作為參照光而經過反射鏡 116和轉動反射鏡118向記錄媒體114內引導。在記錄媒體114內包含全息 圖形的信號光與參照光的光路交叉而形成光干涉圖形。整個光干涉圖形作 為折射率的變化(折射率格柵)而被記錄在記錄媒體114中。
全息記錄裝置100就這樣把一幅圖像記錄在了記錄媒體114中。 一幅圖像的記錄終了后，則使轉動反射鏡118在轉動規定量的同時使其位置平 行移動規定的量，變化向記錄媒體114的參照光的射入角度，以同樣的順 序來記錄第二幅圖像。通過反復這種處理來進行角度多重記錄。
作為全息記錄裝置的空間光調制器SLM的材料例如能使用鈦酸鋯酸鑭 鉛(以下叫做PLZT)等具有光電效應的。PLZT是具有(Pb,_yLay)(ZivxTix) o3組成的透明陶瓷。光電效應是指若向物質施加電場則該物質產生極化而 折射率變化的現象。若利用光電效應則能通過接通、斷開施加電壓而切換 光的相位。因此能把具有光電效應的光調制材料適用在空間光調制器SLM 等光快門上。
在向光快門等元件的適用中現有是散裝("/"夕)PLZT被廣泛利用(專 利文獻2)。但使用散裝PLZT的光快門要達到微細化、集成化的要求和降 低動作電壓、低成本化的要求是困難的。且散裝法由于包含有把原料金屬 氧化物混合后在1000。C以上的高溫下進行處理的工序，所以在適用元件形 成處理的情況下材料的選擇、元件結構等被加有諸多制約。
因此就討論代替散裝PLZT而嘗試把在基體材料上形成的薄膜PLZT向 光控制元件應用。專利文獻3中就記載了在玻璃等透明基板上形成PLZT膜， 并在其上設置梳形電極的顯示裝置。該顯示裝置具有在形成有PLZT膜的顯 示基板兩面上設置偏振光板的結構。在此是通過把各像素的電極端子部連 接在外部的驅動電路上來驅動希望的像素，通過來自設置在顯示基板一個 面上的光源的透射光而能得到所希望的顯示。
專利文獻l:特開2002-297008號公報
專利文獻2:特開平5-257103號公報
專利文獻3:特開平7-146657號公報 (第一課題)
但為了把上述的PLZT膜等光調制膜作為光快門等元件而實用化，就 需要把驅動電路與光調制膜一起制作到基板上以用于控制向光調制膜上施 加電壓的接通、斷開。這時所述專利文獻3記載的結構有不能把形成有驅 動電路的區域作為顯示區域來使用而不能得到足夠有效顯示區域的問題。
在上述這種透射型顯示裝置中把可見光作為照射光來利用時，有不能 把驅動電路形成在對于可見光是不透明的硅等基板上的問題。
且專利文獻3記載的顯示裝置是使用的偏振光板，所以產生由偏振光板而引起的光的損失。
本發明的某形態是鑒于這種狀況而開發的，其目的在于提供一種改善 了光利用效率的反射型的光控制裝置。 (第二課題)
考察了向利用專利文獻3記載的這種薄膜PLZT的光控制元件施加電 場的方法。把Au、 Ir02、 Al等作為材料而在PLZT的表面上形成電極時， 由于該電極部分不透射光，所以不可避免地開口率和光的利用效率低下。 于是本發明者為了進一步改善光的利用效率而嘗試了把形成在PLZT上的 電極使用透明電極來形成的改良。
作為具有代表性的透明電極的材料知道的有ITO (Indium Tin Oxide)等。本發明者把該ITO作為電極材料而在PLZT膜上形成電極，并 測量了其電特性。圖8是使用Ir02而形成不透明電極時和使用ITO而形成 透明電極時的表示施加電場與極化關系的圖。任何材料都是通過噴濺法形 成的電才及。
如從該圖8 了解的那樣，知道了以ITO形成電極時與以Ir/Ir02形成 時相比在施加同 一 電場時的^L化量大為減少。
實測了介電常數的結果是了解到，由Ir / Ir02形成電極時的介電常數是 s =1270,相對地由ITO形成時則降低到￡ = 820。
本發明的某形態是鑒于這種狀況而開發的，其目的在于提供一種作為 電極材料即使使用了透明電極，電特性也不惡化的光控制裝置。 (第三課題)
本發明者作為把薄膜PLZT向光控制元件應用的例而討論了把PLZT膜 作為光調制膜并在該光調制膜的兩面上設置了反射層的具有法布里珀羅型 諧振器結構的光調制裝置。該光調制裝置具備光調制膜和設置成把其夾住 的兩個反射層，通過向光調制膜施加電場而使其折射率變化，通過使光調 制裝置的諧振波長漂移來控制光。
法布里珀羅型諧振器中其諧振波長入m由
入m =2ntcos 6 / m (式1 )
給出。在此m表示的是級數、n表示的是諧振器內部的折射率、t表示
的是諧振器長度、e表示的是諧振器內部激光的射入角度。在此光調制膜
的膜厚度與諧振器長度t相當。諧振波長A m由于與諧振器長度t成比例，所以若光調制膜的膜厚度有
偏差則諧振波長就有偏差。即為了得到諧振波長X m的再現性就要求光調 制膜的膜厚度t有非常高的精度。
在此在光調制膜的厚度方向上施加電場時，為了得到足夠的電場而才艮 據與電壓的關系則需要其膜厚度薄到ljam左右。但以1%程度的高精度來 形成這樣薄的PLZT膜的膜厚度是困難的。

發明內容
本發明的幾個形態是鑒于這種狀況而開發的，其目的在于提供一種即 使諧振器的長度有偏差也能得到穩定諧振波長的光控制裝置。 (第一形態群)
為了解決上述第一課題的本發明形態是關于光控制裝置。該光控制裝 置包括基板、基板上設置的第一反射層、設置在第一反射層上且通過施 加電場而能控制折射率的光調制膜、設置在光調制膜上的第二反射層、向 光調制膜上施加電場的電極對。
通過由第一、第二反射層把光調制膜夾住而構成從外部射入的光在兩 個反射層之間多重反射的諧振器。通過變化向電極對施加的電壓而使光調 制膜的折射率變化，這樣來控制該諧振器的諧振波長。其結果是能控制從 光控制裝置上面射入的光所反射的光通量。
光控制裝置在光調制膜與第二反射層之間還具備透明電極，也可以把 該透明電極和第 一反射層形成為電極對。
"透明電極，，并不是指眼睛看是透明的物體，而是指對于向光控制裝 置射入的光的波長具有充分的透射率。
把第 一反射層由金屬材料形成并作為下部電極，且作為上部電極是使 用透明電極，由此，就把光調制膜夾住地形成了電極，所以能在光調制膜 的厚度方向上施加電場。通過在向光控制裝置射入的光的光路上存在的上 部電極上使用透明電極而能提高開口率和降低由衍射而引起的光的損失。
第二反射層也可以具有包含折射率不同的多個電介質膜的層合結構。
由層合折射率不同的電介質膜的電介質多層膜而形成上面反射層，這 樣就能通過層合的層數和電介質膜的材料來高精度控制反射率。
多個電介質膜的至少 一個也可以是氧化硅膜。多個電介質膜的至少一個也可以是氮化硅膜。
在作為氧化硅膜或氮化硅膜而形成時，能把通常硅半導體制造處理的 成膜技術原封不動地適用。且設定是氮化硅膜時還能具有作為鈍化膜的功
第一反射層和第二反射層的反射率也可以大致相同。
在第一反射層和第二反射層的反射率相等時，由于把具有光控制裝置 諧振波長的光向光控制裝置射入時反射的光通量最小，所以能實現接通斷 開比高的光控制裝置。反射率大致相同是指以低的反射率為基準而兩者的
誤差在30%以內。
光調制膜也可以是折射率與施加電場的平方成正比變化的光電材料。
光電材料也可以是鈦酸鋯酸鉛PZT ( Pb ( Zri-xTix) 03)或是鈦酸鋯酸 鑭鉛PLZT (( Pb,—yLay ) ( ZivxTix) 03 )。
PZT或PLZT是強電介體，其極化變化速度與施加電場的指數函數成 比例。因此光的接通、斷開能高速化。且能減小用于光的接通、斷開所需 要的電場的增加量。由于PLZT晶體的各向異性小，所以每個晶粒的切換速 度差小。因此能減少切換時的速度偏差。
PLZT的厚度也可以是從500nm到1500nm的范圍。把光控制裝置中使 用光的波長選擇在650nm附近的紅色時，通過把膜厚度設定在該范圍內則 能高效率地進行光控制。
電極對也可以矩陣狀地配置多個。通過把電極對配置成矩陣狀而能構 成空間光調制器。
(第二形態群)
為了解決上述第二課題的本發明形態是關于光控制裝置。該光控制裝 置包括基板、基板上設置的第一反射層、設置在第一反射層上且通過施 加電場而能控制折射率的光調制膜、設置在光調制膜上的保護層、設置在 保護層上并向光調制膜施加電場的透明電極。
該形態通過在光調制膜與透明電極之間形成保護層而能防止光調制膜 的電特性惡化，能構成電特性優良的光控制裝置。
保護層也可以由氧化銥Ir02形成。由于氧化銥具有導電性，所以不會 通過透明電極而對向光調制膜施加的電場有影響，能恰當地保護光調制膜。
保護層的厚度也可以是從lnm到50nm的范圍。在保護層是由氧化銥形成時作為光控制裝置的特性在lnm到50nm的范圍內被認為有希望的效 果，通過設定成從3nm到25nm則能得到更恰當的希望效果。
保護層也可以由釕酸鍶SrRu03形成，或也可以由鑭鍶鈷氧化物 Lao.5Sro.5Co08形成。
即使代替氧化銥而使用這些導電性氧化物時，作為保護層也有恰當的 功能。
透明電極也可以由氧化銦錫(ITO )形成。且透明電極也可以由氧化鋅 (ZnO)形成。
光調制膜也可以由鈦酸鋯酸鉛PZT ( Pb ( Zr,—xTix) 03)或是鈦酸鋯酸 鑭鉛PLZT (( PbLyLay) (Zr,《Tix ) 03)形成。
光控制裝置也可以還具備設置在透明電極上的第二反射層。
該透明電極和第 一反射層也可以形成電極對。這時由于是向光調制膜 的厚度方向施加電場，所以能使光調制膜內部產生的電場均勻。
第二反射層也可以具有包含折射率不同的多個電介質膜的層合結構。 通過由電介質多層膜來形成第二反射層則能通過選擇多層膜的材料、層數 和厚度來恰當地控制反射率。第一反射層和第二反射層的反射率也可以大 致相同。
本發明的其他形態是關于結構體。該結構體包括使用光電材料形成 的光調制膜、設置在光調制膜上的保護層、設置在保護層上且向光調制膜 施加電場的透明電極層。該結構體被設置在向光調制膜施加電場并利用其 折射率的變化來進行光調制的光控制裝置中。
根據該形態，在形成用于通過保護層向光調制膜施加電場的透明電極 時能防止光調制膜的電特'性惡化。
作為上述結構體保護層的材料能恰當地使用導電性氧化膜，也可以由 氧化銥、釕酸鍶或是鑭鍶鈷氧化物等形成。
上述結構體的透明電極層也可以由氧化銦錫或是氧化鋅形成。
上述結構體的光調制膜也可以由鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛形成。 (第三形態群)
為了解決上述第三課題的本發明形態光控制系統包括諧振器長度被 固定的法布里珀羅型諧振器、向法布里珀羅型諧振器照射激光的激光光源、 調節激光向法布里珀羅型諧振器射入角度的調節機構。根據該形態，通過變化激光的射入角度而能使法布里珀羅型諧振器內 部的激光光路長度變化，所以能簡易地進行諧振波長的調整。
法布里珀羅型諧振器也可以是根據施加的電壓而折射率產生變化的光 調制膜被反射層夾住設置的光控制裝置。
包含光調制膜和兩層反射層的光控制裝置中，若光調制膜的膜厚度有 變動時則諧振波長也隨之變動，但通過調節激光的射入角度就能把諧振波 長調節到希望的值上。
也可以是把法布里珀羅型諧振器設置在可動式支架上，調節機構使可 動式支架傾斜移動來調節法布里珀羅型諧振器的設置方向。
也可以是把激光光源設置在可動式第二支架上，調節機構使第二支架 傾斜移動來調節激光光源的光軸。
也還可以具備配置在從法布里珀羅型諧振器反射的激光的光路上且 校正激光光束圖形的光學元件。該光學元件也可以是棱鏡。
由變化激光向法布里珀羅型諧振器的射入角度而出現像畸變的問題 時，通過設置光學元件就能校正光束圖形。
光控制裝置也可以包括基板、基板上設置的第一反射層、設置在第 一反射層上且通過施加電場而能控制折射率的光調制膜、設置在光調制膜 上的第二反射層、向光調制膜上施加電場的電極對。
光調制膜也可以是折射率與施加電場的平方成正比變化的光電材料。 光電材料也可以是鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛。且電極對也可以矩陣狀 地配置多個。
本發明的其他形態是校正方法。該校正方法是根據施加的電壓而折射 率產生變化的光調制膜被反射層夾住設置的法布里珀羅型諧振器的校正方 法，包括施加電壓步驟，其向光調制膜施加規定的電壓；測量步驟，其 向法布里珀羅型諧振器射入激光并測量從法布里珀羅型諧振器反射的激光 的強度；調節步驟，其調節激光向法布里珀羅型諧振器射入的角度以使測 量步驟測量到的激光強度與施加規定電壓時所應得到的設計值接近。
規定的電壓也可以是使法布里珀羅型諧振器的反射率在設計上成為最 小的電壓。在法布里珀羅型諧振器的反射率是最小的狀態下通過調節激光 的射入角度而使測量步驟測量到的激光強度最小，則能以高精度校正諧振 波長。(第四形態群)
為了解決上述第三課題的本發明形態的光調制裝置包括諧振器，其 具有根據施加的電壓而折射率產生變化的光調制膜被反射層夾住設置的法
布里珀羅型諧振器結構；控制部，其通過向諧振器施加控制電壓而調制并 射出向諧振器射入的光；偏壓部，其把用于調整諧振器諧振波長的偏壓施 加在諧振器上。
根據該形態，通過變化偏壓而能使諧振器的諧振波長漂移，因此能調 整諧振波長。
光調制裝置也可以至少具備多組諧振器和控制部。例如通過把諧振器 配置成矩陣狀而能構成空間光調制裝置。
光調制膜也可以是折射率與施加電場的平方成正比變化的光電材料。 光電材料也可以是鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛。
光調制膜也可以是折射率與施加的電場成比例變化的光電材料，偏壓 部也可以生成正負任一個偏壓。光電材料也可以是鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸 鍶鋇的4壬一個。
諧振器也可以包括基板、所述基板上設置的第一反射層、設置在所 述第一反射層上且通過施加電場而能控制折射率的光調制膜、設置在所述 光調制膜上的第二反射層、向所述光調制膜上施加電場的電極對。
光調制裝置也還可以具備調整由偏壓部生成的偏壓的調整電路。這時 通過調整偏壓就能把諧振器的諧振波長調整到恰當的值。
光調制裝置也可以作為半導體集成電路裝置而被單芯片化。且為了調 整偏壓也可以具備用于輸入指示信號的端子。這時能把光調制裝置小型化， 能使用光檢測元件來進行偏壓的反饋控制。
本發明的其他形態是光調制裝置的校正方法，該方法是包括諧振器， 其具有根據施加的電壓而折射率產生變化的光調制膜被反射層夾住設置的 法布里珀羅型諧振器結構；控制部，其通過向諧振器施加控制電壓而調制 并射出向諧振器射入的光；偏壓部，其把用于調整諧振器諧振波長的偏壓 施加在諧振器上，其中，在沒向諧振器施加電壓的狀態下測量從諧振器射 出的光的強度，并根據該光的強度來設定偏壓。
根據該形態，即使在諧振器的諧振波長有偏差的情況下也能高精度校 正諧振波長。本發明的又其他形態是光調制系統。該光調制系統包括光調制裝置、 向該光調制裝置照射光的發光部、接受從該光調制裝置射出的光的受光部。 根據該形態，例如能實現全息記錄裝置、顯示裝置。
根據本發明第 一形態群的光控制裝置則能提高光的利用效率。根據第 二形態群的光控制裝置則能一邊抑制電特性的惡化一邊提高開口率。根據 第三形態群的光控制系統則即使諧振器長度有偏差也能得到穩定的諧振波 長。根據第四形態群的光調制裝置則即使諧振器長度有偏差也能得到穩定 的諧振波長。


圖1是把實施例的光控制裝置作為空間光調制器SLM使用時表示全息 記錄裝置的圖2 (a)、圖2 (b)是表示實施例光控制裝置的圖3是模式表示圖2光控制裝置的一個像素動作狀態的圖4是表示向光控制裝置射入的光的波長入與反射率R關系的圖5是表示全息記錄裝置一例的圖6是表示光控制裝置中保護層的厚度tp與PLZT的介電常數s關系
的圖7是表示光控制裝置中保護層的厚度tp與波長漂移量A入m關系的
圖8是使用Ir02而形成不透明電極時和使用ITO而形成透明電極時的 表示施加電場與極化關系的圖9是模式表示圖2 (a)、圖2 (b)光控制裝置的一個像素動作狀態
的圖IO是表示實施例光控制系統結構的圖11是表示激光的射入角度(J)與cos6關系的圖12是表示實施例光調制裝置結構的圖13是模式表示光調制裝置動作狀態的圖14是表示能調整偏壓Vb的光調制裝置結構的圖15是表示通過自動控制偏壓Vb而設定的光調制裝置結構的圖16是表示把偏壓部施加在第一反射層上的光調制裝置結構的圖；圖17(a)、圖17 (b)是表示把光調制裝置配置成矩陣狀的空間光調 制裝置的圖18是表示使用了空間光調制裝置的全息記錄裝置的圖。 符號說明
具體實施方式
(第一實施例)
概要說明第 一實施例的光控制裝置。該光控制裝置例如在全息記錄再 現裝置中作為空間光調制器SLM來使用。
圖1是把本實施例的光控制裝置作為空間光調制器SLM使用時表示全 息記錄裝置的圖。全息記錄裝置70包括控制部60、激光光源72、光束 擴展器74、傅里葉變換透鏡76和記錄媒體78。
全息記錄裝置70中從激光光源72發出的激光被未圖示的光束分光器 分割為兩束光。其中一束光被作為參照光使用而向記錄媒體78內引導。另 一束光在光束擴展器74中被擴大了光束徑而作為平行光向空間光調制器 SLM (光控制裝置8)照射。
光控制裝置8具有配置成矩陣狀的像素，是反射率對于每個各像素都 變化的結構。控制部60根據控制信號CNT來控制光控制裝置8中各像素 的反射率。照射空間光調制器SLM的光作為具有對于每個像素不同強度的 信號光而被從空間光調制器SLM反射。該信號光通過傅里葉變換透鏡76 而進行傅里葉變換，并向記錄媒體78內聚光。記錄媒體78內包含全息圖 形的信號光與參照光的光路交叉并形成光干涉圖形。整個光干涉圖形作為 折射率的變化(折射率格柵)而被記錄在記錄媒體78中。
圖2 (a)表示的是本實施例光控制裝置8的平面圖。光控制裝置8具
S光控制裝置 24偏壓部 32第一反射層 38配線
44第二電介質膜 72激光光源 84可動支架
20光調制裝置 26諧振器 34光調制膜 40第二反射層 50保護層 80棱鏡
200光控制系統
22控制部 30基板 36透明電招-42第一電介質膜
60控制部 82可動支架備在基板30上配列成8行8列的平面狀的多個像素10。各像素10構成20 lamx20)am左右的尺寸。從圖1的控制部60輸出的控制信號CNT向各像 素IO輸入。
圖2 (b)表示的是圖2 (a)所示光控制裝置的A-A'線的剖面圖。光 控制裝置8包括基板30、第一反射層32、光調制膜34、透明電極36、 配線38和第二反射層40。
本實施例的光控制裝置8被-形成在基板30上。作為該基板30的材料 可以恰當地使用表面平坦的玻璃、硅等。
在基板30上形成第一反射層32。作為第一反射層32的材料例如能恰 當地使用Pt等金屬材料。第一反射層32的厚度被設定成是200nm左右。 本實施例的第一反射層32是由Pt形成的，該第一反射層32如后述那樣具 有作為向光調制膜34施加電場的電極的功能。
在第一反射層32是由Pt形成時，第一反射層32的反射率是從60%到 80%的程度。
在第一反射層32的上面設置有光調制膜34。作為該光調制膜34的材 料選擇的是根據施加的電場而折射率變化的固體光電材料。作為這種光電 材料可以使用PLZT、 PZT、 LiNb03、 GaA-MQW、 SBN((Sr, Ba)Nb206) 等，但特別是PLZT能恰當地被使用。光調制膜34的厚度t由射入光的射 入角度和波長來決定，例如把射入光設定成是650nm附近的紅色光時，則 最好是在500nm到1500nm的范圍內來形成。如后述那樣，由于向光調制 膜34施加的電場是在厚度方向上施加的，所以若膜厚度在1500nm以上， 則施加用于得到足夠折射率變化的電場是困難的。且若膜厚度在500nm以 下，則不能得到足夠的光學膜厚度變化Ant。
在光調制膜34的上面設置有透明電極36。透明電極36例如能由ITO (Indium Tin Oxide )、 ZnO、 Ir02等形成。在透明電極36是由ITO、 ZnO 形成時，其厚度設定成100nm 150nm左右。在是由Ir02形成時則最好把膜 厚度設定的更薄，例如是50nm左右。該透明電極36由于電阻值與透射率 是平衡的關系，所以其厚度也可以由實驗決定。
該透明電極36按每個像素10配置形成矩陣狀。
在透明電極36的上面形成有第二反射層40。該第二反射層40由電介 質多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質膜42和第二電介質膜44交替層合的。作為第一電介質膜42和第二電介質膜44的材料組合能使用
Si02 (n= 1.48)、 Si3N4 (n = 2.0)。
在電介質多層膜是由氧化硅膜和氮化硅膜形成的時，能在硅半導體集 成電路的制造處理和制造裝置中原封不動地使用。
電介質多層膜能通過等離子CVD ( Chemical Vapor Deposition )法 來形成。Si02膜是能在TEOS、 02環境中在溫度200。C的條件下生長，Si3N4 膜是能在SiH4、 NH3環境中在溫度200。C的條件下恰當地生長。
電介質多層膜也可以通過離子束噴濺法形成。
第一電介質膜42和第二電介質膜44各自的厚度tl、 t2被設計成是向 光控制裝置8射入光的波長的1/4。即當把向光控制裝置8射入光的波長 設定成是入、把電介質膜的折射率設定成是n時，則各電介質膜一層的厚 度t被調節成是t二入/ (nx4)。
例如在光控制裝置8中使用波長A = 633nm的紅色激光時，第 一電介質 膜42的厚度tl在作為其材料是Si02 ( n = 1.48 )時是被設定成tl = 633 / ( 4 x 1.48 ) = 106nm左右。第二電介質膜44的厚度t2在作為其材料是Si3N4 (n = 2.0 )時是^皮i殳定成t2 = 633 / (4 x 2)= 79nm左右。構成第二反射層 40的電介質膜的厚度tl、 t2也不一定需要嚴格地設計成是入/4。
作為電介質膜的材料也可以替代氮化硅膜而使用Ti03 。這時第二電介 質膜44的厚度t2被設定成t2 = 633 / ( 4 x 2.2 ) = 72nm程度。
圖2 (b)中從光調制膜34向第二反射層40射入的光的反射率R2被 設計成與從光調制膜34向第一反射層32射入的光的反射率Rl相等。反射 率Rl是由第一反射層32所使用的金屬材料而決定的，在選擇了是Pt時， 則是60 80%。
因此，這時的反射率R2也被設計成是60 80%。第二反射層40的反射 率R2能通過第一電介質膜42和第二電介質膜44的材料與厚度來調節。如 圖2所示，本實施例中第二反射層40分別把各三層第一電介質膜42和第 二電介質膜44交替地層合。第二反射層40也可以層合第一電介質膜42和 第二電介質膜44的順序反過來。且為了微調節反射率R2也可以再層合第 三電介質膜。
第二反射層40被開口 ，透明電極36通過孔和配線38而被向外部引出。 作為配線38的材料能恰當地使用Al等。在配線38的上面還可以形成保護膜。
本實施例把透明電極36和第一反射層32形成電極對。第一反射層32 的電位例如被固定成是接地電位，各像素透明電極36的電位通過控制信號 CNT來控制。
說明如上構成的光控制裝置8的動作。
圖3模式表示了光控制裝置8的一個像素的動作狀態。該圖在與圖2 相同結構要素上付與了相同的符號。且為了簡略化而把透明電極36等結構 要素省略了。
從光控制裝置8的上方射入強度Iin的激光。光控制裝置8的第一反射 層32、光調制膜34和第二反射層40構成法布里珀羅型諧振器，射入光的 一部分被封入，其一部分被反射。當把射入激光的強度設定為Iin、把被光 控制裝置8反射的激光的強度設定為lout時，光控制裝置8的反射率R由 R = Iout/Iin來定義。
圖4表示的是向光控制裝置8射入的光的波長人與反射率R關系。 由第一反射層32、光調制膜34和第二反射層40構成的法布里珀羅型 諧振器具有入m =2ntcos6 /m的諧振波長。在此m表示的是級數、n表示 的是光調制膜34的折射率、t表示的是光調制膜34的厚度、3表示的是激 光的射入角度。如圖4所示，光控制裝置8的反射率R在諧振波長入m處 是最小值。
如上所述，光調制膜34的折射率n依賴于向電極對施加的電場。現在 把第一反射層32設定為接地電位，當向未圖示的透明電極36施加控制電 壓Vcnt時則在光調制膜34的厚度方向上被施加了電場E = Vcnt/t。在光 調制膜34的折射率n變化量△ n與施加的電場E之間有△ n = 1 / 2 x n3 x R xEZ的關系成立。在此，R是光電常數(克爾常數)。
圖4的(I )表示沒施加控制電壓Vcnt時的反射特性。
現在作為控制電壓Vcnt而把電壓I施加在各l象素10的透明電極36上 時，則光調制膜34的折射率變化而諧振器的諧振波長從人ml漂移到入m2。 把這時的反射特性在圖4中以(II )表示。
把向光控制裝置8射入的激光波長設定為入ml時，當把控制電壓Vcnt 從接地電位變化到某電壓值VI時，則通過諧振波長的漂移能使光控制裝置 8的反射率從Rml變化到Rm2。在此，把沒施加電壓時的反射率Ron與施加了電壓時的反射率Roff的 比定義為接通斷開比。射入光的強度Iin—定時則反射光的強度Iout與反射
率成比例。因此接通斷開比大就意味著能以更高的精度控制反射光的強度
Iout。
第一反射層32的反射率Rl與第二反射層40的反射率R2越接近則諧 振波長入m時光控制裝置8的反射率R就越低。因此，如上所述調節第二 反射層40的電介質多層膜的層數和材料來把第 一反射層32的反射率Rl與 第二反射層40的反射率R2設計成相等，這樣來把斷開時的反射率Rl設定 低就能提高接通斷開比。
這樣在本實施例的光控制裝置8中，通過使向光調制膜34施加的電場 變化而使反射率變化，能實現控制反射光lout強度的光開關元件。且由于 通過變化光調制膜34的折射率還能控制反射光的相位，所以能恰當地使用 在全息記錄裝置等中。
由于該光控制裝置8是反射型結構，所以不需要使射入光Iin透射基板 30。其結果是與現有的透射型光控制裝置相比能提高光的利用效率。
在本實施例的光控制裝置8中，由于是把多個像素10配置成矩陣狀， 且在每個各像素IO上具有電極對，所以能對每個像素控制反射率，能作為 空間光調制器SLM使用。
本實施例的光控制裝置8由于是把第一反射層32和透明電極36形成 了電極對，所以能在光調制膜34的厚度方向上同樣地施加電場，能使光調 制膜34內部的折4^率均勻地變化。
根據本實施例的光控制裝置8，由于構成反射型的調制器，所以作為基 板30能使用不透明的材料。例如作為基板30是使用了硅時，由于能在硅 內形成晶體管元件等，所以能對每個像素進行設置控制電壓Vcnt控制機構 的有源矩陣驅動。
通過作為用于向光調制膜34施加電場的上部電極而使用透明電極36， 能提高開口率，且能把衍射抑制到最小程度，因此提高了光的利用效率。 光利用效率的提高就意味著能降低射入激光的強度Iin,能謀求減少電力的消耗。
本實施例的光控制裝置8是在光調制膜34的上層形成的透明電極36， 并在其上形成的第二反射層40。其結果是與在第二反射層40的上層上形成透明電極36的情況相比，能縮短上部電極與下部電極之間的距離，因此能
提高向光調制膜34施加的電場E。這從另一個角度看就意味是為了施加相 同的電場而能降低應向電極之間所施加的電壓，這樣就能使光控制裝置8
進行低電壓動作。
本實施例的光控制裝置8由于是通過控制反射率R來使反射光的強度 Iout變化，所以不需要偏振光板和檢偏振器，有光的利用效率高的優點。
以上說明了第一實施例。該實施例說到底就是例示，業內人士可理解 為能有各種變形例，且這些變形例也在本發明的范圍內。
實施例中說明了把成為上部電極的透明電極3 6和成為下部電極的第一 反射層32形成電極對的情況，但并不限定于此，例如也可以把用于向光調 制膜34施加電場的電極對作為梳形電極形成在光調制膜34的上面。這時 電場對于光調制膜34是向橫方向上施加。即使在這時，梳形電極最好也是 設定成由ITO等形成的透明電極。
實施例中是在透明電極36的上層形成的第二反射層40，但也可以與之 相反。這時由于是在第二反射層40的上層形成的透明電極36，所以能使第 二反射層40更加平坦化。
第二反射層40也可以由金屬薄膜形成的半透半反鏡。這時與形成電介 質多層膜的情況相比能把制造工序簡易化。
實施例是說明了把光控制裝置8作為全息記錄裝置70的光空間調制器 來使用的情況，但并不限定于此，而是也能在顯示裝置、光通信用開關、 光通信用調制器、光演算裝置和加密電路等中使用。
實施例是說明了作為光調制膜34是使用的光電材料，且具備向光調制 膜34施加電場的電極對的情況。本發明在光調制膜34是使用了磁光材料 的情況下也能使用，這時只要把施加電場的電極對置換成用于施加磁場的 磁場施加機構便可。 (第二實施例)
概要說明本發明第二實施例的光控制裝置。該光控制裝置例如在全息 記錄再現裝置中作為空間光調制器(Spatial Light Modulator)來使用。
圖1是把本實施例的光控制裝置作為空間光調制器使用時表示全息記 錄裝置的圖。全息記錄裝置70包括空間調制器SLM (光控制裝置8)、 控制部60、激光光源72、光束擴展器74、傅里葉變換透鏡76和記錄媒體78。
全息記錄裝置70中從激光光源72發出的激光被未圖示的光束分光器 分割為兩束光。其中一束光被作為參照光使用而向記錄媒體78內引導。另 一束光在光束擴展器74中被擴大了光束徑而作為平行光向空間調制器SLM (光控制裝置8)照射。
光控制裝置8具有配置成矩陣狀的像素，是反射率對于每個各像素都 變化的結構。控制部60根據控制信號CNT來控制光控制裝置8的各像素 的反射率。照射空間光調制器SLM的光作為具有對于每個像素不同強度的 信號光而被從空間光調制器SLM反射。該信號光通過傅里葉變換透鏡76 而進行傅里葉變換，并向記錄媒體78內聚光。記錄媒體78內包含全息圖 形的信號光與參照光的光路交叉并形成光干涉圖形。整個光干涉圖形作為 折射率的變化(折射率格柵)而被記錄在記錄媒體78中。
圖2 (a)表示的是本實施例光控制裝置8的平面圖。光控制裝置8具 備在基板30上配列成8行8列的平面狀的多個像素10。各像素10構成20 jumx20jum左右的尺寸。從圖1的控制部60輸出的控制信號CNT向各像 素IO輸入。
圖2 (b)表示的是圖2 (a)所示光控制裝置的A-A'線的剖面圖。光 控制裝置8包括基板30、第一反射層32、光調制膜34、保護層50、透 明電極36、配線38和第二反射層40。
本實施例的光控制裝置8被形成在基板30上。作為該基板30的材料 可以恰當地使用表面平坦的玻璃、硅等。
在基板30上形成第一反射層32。作為第一反射層32的材料例如能恰 當地使用Pt等金屬材料。第一反射層32的厚度被設定成是200nm左右。 本實施例的第一反射層32是由Pt形成的，該第一反射層32如后述那樣具 有作為向光調制膜34施加電場的電極的功能。
在第一反射層32是由Pt形成時，第一反射層32的反射率是從60%到 80%的程度。
在第一反射層32的上面設置有光調制膜34。作為該光調制膜34的材 料選擇的是根據施加的電場而折射率變化的固體光電材料。作為這種光電 材料可以使用PLZT、 PZT、 LiNb03、 GaA-MQW、 SBN((Sr, Ba) Nb206) 等，但特別是PLZT能恰當地被使用。光調制膜34的厚度t由射入光的射入角度和波長來決定，例如把射入光設定成是650nm附近的紅色光時，則 最好是在500nrn到1500nrn的范圍內來形成。如后述那樣，由于向光調制 膜34施加的電場是在厚度方向上施加的，所以若膜厚度在1500nm以上， 則施加用于得到足夠折射率變化的電場是困難的。且若膜厚度在500nm以 下，則難于得到足夠的光學膜厚度變化Ant。
在本實施例的光控制裝置8中，在光調制膜34的上面形成了保護層50。 該保護層50有通過在其上面形成的透明電極36而防止光調制膜34電特性 惡化的功能。
作為保護層50的材料能恰當地使用導電性氧化膜的氧化銥Ir02、釕酸 鍶SrRu03或鑭鍶鈷氧化物Lao.sSro.sCoOh本實施例說明的是使用氧化4衣 Ir02的情況。
保護層50能通過噴濺法形成。在氧氣環境中配置形成有PLZT膜的基 板30和銥Ir的靶，向銥Ir的靶照射氬離子。其結果是使被噴賊的銥與氧結 合而作為氧化銥Ir02堆積在PLZT上。
保護層50的膜厚度tp后述，但最好是在lnm到50nm的范圍內，更理 想是在3 nm到25nm的范圍內。
在形成于光調制膜34上的保護層50的上層形成有透明電極36。透明 電極36例如能由ITO (Indium Tin Oxide )、 ZnO等形成。在透明電極36 是由ITO或ZnO形成時，其厚度i殳定成是100nm 150nm左右。該透明電 極36由于電阻值與透射率是平衡的關系，所以其厚度也可以由實驗決定。
透明電極36與保護層50同樣地能通過噴濺法形成。該透明電極36按 每個像素10配置形成矩陣狀。
在透明電極36的上面形成有第二反射層40。該第二反射層40由電介 質多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質膜42和第二電介質膜44 交替層合的。作為第一電介質膜42和第二電介質膜44的材料組合能使用 Si02 (n = 1.48)、 Si3N4 ( n = 2.0 )。
在電介質多層膜是由氧化硅膜和氮化硅膜形成的時，能在硅半導體集 成電路的制造處理和制造裝置中原封不動地使用。
電介質多層膜能通過等離子CVD (Chemical Vapor Deposition)法 來形成。Si02膜是能在TEOS、 02環境中在溫度200。C的條件下生長，Si3N4 膜是能在SiH4、 NH3環境中在溫度20(TC的條件下恰當地生長。電介質多層膜也可以通過離子束噴濺法形成。
第一電介質膜42和第二電介質膜44各自的厚度tl、 t2被設計成是向 光控制裝置8射入光的波長的1/4。即當把向光控制裝置8射入光的波長 設定成是入、把電介質膜的折射率設定成是n時，則各電介質膜一層的厚 度t被調節成是t二入/ (nx4)。
例如在光控制裝置8中使用波長X:633nm的紅色激光時，第一電介質 膜42的厚度tl在作為其材料是Si02 ( n = 1.48 )時是被設定成tl = 633 / ( 4 x 1.48 ) = 106nm程度。第二電介質膜44的厚度t2在作為其材料是Si3N4 (n = 2.0 )時是被設定成t2 = 633 / ( 4 x 2 ) = 79nm程度。構成第二反射層 40的電介質膜的厚度tl、 t2也不一定需要嚴格地設計成是A /4。
作為電介質膜的材料也可以替代氮化硅膜而使用Ti03。這時第二電介 質膜44的厚度t2被設定成t2 = 633 / ( 4 x 2.2 ) = 72nm左右。
圖2 (b)中從光調制膜34向第二反射層40射入的光的反射率R2被 設計成與從光調制膜34向第一反射層32射入的光的反射率Rl相等。反射 率R1是由第一反射層32所使用的金屬材料而決定的，在選擇了是Pt時， 則是50 80%。
因此，這時的反射率R2也被設計成是50 80%。第二反射層40的反射 率R2能通過第一電介質膜42、第二電介質膜44的材料和厚度來調節。如 圖2所示，本實施例中第二反射層40分別把各三層第一電介質膜42和第 二電介質膜44交替地層合。第二反射層40也可以把層合第一電介質膜42 和第二電介質膜44的順序反過來。且為了微調節反射率R2也可以再層合 第三電介質膜。
第二反射層40被開口 ，透明電極36通過孔和配線38而被向外部引出。 作為配線38的材料能恰當地使用Al等。 在配線38的上面還可以形成保護膜。
本實施例把透明電極36和第一反射層32形成電才及對。第一反射層32 的電位例如被固定成接地電位，各像素透明電極36的電位通過控制信號 CNT來控制。
說明如上構成的光控制裝置8的動作。
圖3模式表示了光控制裝置8的一個像素的動作狀態。該圖在與圖2 相同結構要素上付與了相同的符號。且為了筒略化而把透明電極36等結構要素省略了。
從光控制裝置8的上方射入強度Iin的激光。光控制裝置8的第一反射 層32、光調制膜34和第二反射層40構成了法布里珀羅型諧振器，射入光 的一部分被封入，其一部分被反射。當把射入激光的強度設定為Iin、把被 光控制裝置8反射的激光的強度設定為lout時，光控制裝置8的反射率R 由R = Iout/Iin來定義。
圖4表示的是向光控制裝置8射入的光的波長入與反射率R關系。 由第一反射層32、光調制膜34和第二反射層40構成的法布里珀羅型 諧振器具有入m =2ntcose /m的諧振波長。在此m表示的是級數、n表示 的是光調制膜34的折射率、t表示的是光調制膜34的厚度、6表示的是激 光的射入角度。如圖4所示，光控制裝置8的反射率R在諧振波長Am處 是最小值。
如上所述，光調制膜34的折射率n依賴于向電極對施加的電場。現在 把第一反射層32設定為接地電位，當向未圖示的透明電極36施加控制電 壓Vcnt時則在光調制膜34的厚度方向上施加電場E = Vcnt/t。在光調制 膜34的折射率n變化量An與施加的電場E之間有An = l/ 2xn3xR><E2 的關系成立。在此，R是光電常數(克爾常數)。
圖4的(I )表示沒施加控制電壓Vcnt時的反射特性。
現在作為控制電壓Vcnt而把電壓I施加在各像素10的透明電極36上 時，則光調制膜34的折射率變化而諧振器的諧振波長從入ml漂移到入m2。 把這時的反射特性在圖4中以(II )表示。
把向光控制裝置8射入的激光波長設定為入ml時，當把控制電壓Vcnt 從接地電位變化到某電壓值VI時，則通過諧振波長的漂移能使光控制裝置 8的反射率,人Rml變4匕到Rm2。
在此，把沒施加電壓時的反射率Ron與施加了電壓時的反射率Roff的 比定義為接通斷開比。射入光的強度Iin—定時，則反射光的強度Iout與反 射率成比例。因此接通斷開比大就意味著能以更高的精度控制反射光的強 度Iout。
第一反射層32的反射率Rl與第二反射層40的反射率R2越接近則諧 振波長人m時光控制裝置8的反射率R就越低。因此，如上所述調節第二 反射層40的電介質多層膜的層數和材料來把第 一反射層32的反射率Rl與第二反射層40的反射率R2設計成相等，這樣來把斷開時的反射率Rl設定
低就能提高接通斷開比。
這樣在本實施例的光控制裝置8中，通過變化向光調制膜34施加的電 場而使反射率變化，能實現控制反射光lout強度的光開關元件。且由于通 過變化光調制膜34的折射率還能控制反射光的相位，所以能恰當地使用在 全息記錄裝置等中。
由于該光控制裝置8是反射型結構，所以不需要使射入光Iin透射基板 30。其結果是與現有的透射型光控制裝置相比能提高光的利用效率。
本實施例的光控制裝置8由于是4巴多個像素10配置成矩陣狀，且在每 個各像素IO上具有電極對，所以能對每個像素控制反射率，能作為空間光 調制器SLM進行使用。
本實施例的光控制裝置8由于是把第一反射層32和透明電極36形成 了電極對，所以能在光調制膜34的厚度方向上同樣地施加電場，能使光調 制膜34內部的折射率均勻地變化。
根據本實施例的光控制裝置8，由于構成反射型的調制器，所以作為基 板30能使用不透明的材料。例如作為基板30是使用了硅時，由于能在硅 內形成晶體管元件等，所以能對每個像素進行設置了控制電壓Vcnt控制機 構的有源矩陣驅動。
通過作為用于向光調制膜34施加電場的上部電極而使用透明電極36， 能提高開口率，且能把衍射抑制到最小限度，因此提高了光的利用效率。 光利用效率的提高就意味著能降低射入激光的強度Iin，能謀求減少電力的 消耗。
本實施例的光控制裝置8是在光調制膜34的上層形成的透明電極36, 并在其上形成的第二反射層40。其結果是與在第二反射層40的上層上形成 透明電極36的情況相比能縮短上部電極與下部電極之間的距離，因此能提 高向光調制膜34施加的電場E。這從另 一個角度看就意味是為了施加相同 的電場而能降低應向電極之間所施加的電壓，這樣就能使光控制裝置8在 低電壓下進行動作。
本實施例的光控制裝置8中，由于是通過控制反射率R來使反射光的 強度lout變化，所以不需要偏振光板或檢偏振器，具有光的利用效率高的 優點。圖6是表示保護層50的厚度tp與PLZT的介電常數s關系的圖。該圖 是在PLZT上形成作為保護層50的Ir02膜，并把IrCM莫的膜厚tp作為參數, 對在其上層使用ITO形成透明電極36時的介電常數s進行測量。
在保護層50的膜厚度tp是0時，即把ITO的透明電極36直接形成在 PLZT上時介電常數是800左右。在此通過把保護層50的厚度加厚到5nm、 10nm，則介電常數變大。
把PLZT上的電極僅使用膜厚度50nm左右的Ir02來形成，而在其上面 不形成ITO的電極時PLZT的介電常數是1200程度。即，通過加厚保護層 50的厚度tp而能使PLZT的介電常數與僅由Ir02形成電極時的介電常數接 近。
根據這點則認為通過在ITO與PLZT之間形成Ir02的薄膜，該Ir〇2有 作為保護層的功能。
作為Ir02有作為保護層的功能的理由認為有以下兩個。首先一個是在 ITO堆積到PLZT上時加在PLZT界面上的損傷通過Ir02保護層的設置而被 緩和。還有一個是通過Ir02保護層的形成而防止在ITO電極形成后該ITO 向PLZT的內部擴散而使電特性惡化，這也被認為的一個原因。
把PLZT作為光調制膜34使用時介電常數高的好。 一方面是由于形成 保護層50的Ir02的光透射率不如ITO的那樣高，所以通過加厚保護層50, 而使光的透射率低下。于是保護層50的厚度tp需要根據透射率和PLZT的 電特性這兩者來決定。如圖6所示了解到，越加厚保護層50的厚度tp則介 電常數就越被改善，在介電常數5= 1200左右時大致就取得一定值。因此 在由IrO2形成保護層50時，只要其厚度在lnm以上就能認為有有益的效果， 通過進一步設定成3nm 5nm,則能把介電常數改善到100以上。若進一步 加厚膜厚度到10nm到25nm的范圍，則不使用ITO就能得到與僅由Ir02 進行形成電極時同等的介電常數。保護層50的厚度越厚則PLZT的電特性 越被改善，但也考慮到制造成本和制造時間則最好是設定成50nm以下。
如圖4所示，通過在電極之間施加電壓而光控制裝置8的反射率頻率 特性進行波長漂移。圖7是表示光控制裝置8中保護層50的厚度tp與波長 漂移量A入m ( = Xm2-入ml )關系的圖。圖7是施加同一電場時把波長漂 移量以保護層的厚度作為參數來進行表示。
在保護層50的膜厚度是0時，即，把ITO的透明電極36直接形成在PLZT上時，波長漂移量A入m是2.4nm左右。通過把保護層50的厚度加 厚到5nm、 20nm，而波長漂移量A入m變大。波長漂移量A入m和保護層 的厚度表示出與圖6的介電常數同樣的傾向，只要其厚度在lnm以上就能 認為取得有益的效果，通過進一步設定成3nm 5nm則能把波長漂移量加大 到lnm程度。若進一步加厚膜厚度到10nm到25nm的范圍，則能改善到 1.5nm程度。
如圖4所示，波長漂移量A入m越大則越能把光控制裝置8反射率的 接通斷開比取高，所以最好是設定在3nm 25nm的范圍內。
通過把保護層50的厚度設定在該范圍內，能一邊抑制光透射率的降低 一邊提高作為光控制裝置8的光的利用效率。
這樣通過使用包括光調制膜34、保護層50和透明電極36的結構體而 能 一 邊抑制由電極引起的光透射率的降低一 邊實現能進行良好調制的光控 制裝置8。
以上說明了第二實施例。該實施例說到底就是例示，業內人士可理解 為能有各種變形例，且這些變形例也在本發明的范圍內。
實施例中作為光調制膜34、保護層50和透明電極36的組合說明了 PLZT、 Ir02、 ITO的情況，但并不限定于此。代替PLZT也可以使用PZT。 代替ITO也可以使用ZnO。且作為保護層50也可以使用SrRu03、 La。.5SrQ.5Co03。它們的任意組合能得到實施例中說明的效果。
實施例中說明了利用把成為上部電極的透明電極36和成為下部電極的 第一反射層32形成是電極對的情況，但并不限定于此，例如也可以把用于 向光調制膜34施加電場的電極對作為梳形電極形成在保護層50的上面。 這時電場對于光調制膜34是向橫方向上施加。
即使在這時，梳形電極最好也是設定成是由ITO等形成的透明電極， 通過在透明電極36與光調制膜34即PLZT膜之間形成保護膜而能抑制光調 制膜34的電特性惡化。
第二反射層40也可以由金屬薄膜形成的半透半反鏡。這時與形成電介 質多層膜的情況相比能把制造工序簡易化。且通過保護層50還能期待降低 半透半反鏡的金屬薄膜給予光調制膜34的影響。
實施例是說明了把光控制裝置8作為全息記錄裝置70的光空間調制器 來使用的情況，但并不限定于此，而是也能在顯示裝置、光通信用開關、光通信用調制器、光演算裝置和加密電路等中使用。
實施例是說明了作為光調制膜34是使用的光電材料，且具備向光調制
膜34施加電場的電極對的情況。本發明在光調制膜34使用了磁光材料的
情況下也能使用，這時只要把施加電場的電極對置換成用于施加磁場的磁 場施加4幾構i^更可。
(第三實施例)
概要說明本發明第三實施例的光控制裝置。該光控制裝置是通過施加 來自外部的電壓而使反射率變化的光調制器。該光控制裝置具有法布里珀 羅型諧振器結構，且具備根據施加的電場而折射率變化的光調制膜和把該 光調制膜夾住形成的兩層反射層。光控制裝置與激光光源和光學系統一起 構成光控制系統。光控制裝置使激光以規定的射入角度射入。而被光控制 裝置反射的激光由于具有與光控制裝置的反射率成比例的強度，所以通過 把該反射光由記錄媒體或光檢測元件等進行記錄、檢測而能在各種用途中 被利用。
圖2 (a)表示的是本實施例光控制裝置8的平面圖。光控制裝置8具 備在基板30上配列成8行8列的平面狀多個像素10。各像素10構成20|11 mx20ym左右的尺寸。把用于從外部控制反射率的控制信號CNT向各像 素IO輸入。
圖2 (b)表示的是圖2 (a)所示光控制裝置的A-A'線的剖面圖。光 控制裝置8包括基板30、第一反射層32、光調制膜34、透明電極36、 配線38和第二反射層40。
本實施例的光控制裝置8被形成在基板30上。作為該基板30的材料 可以恰當地使用表面平坦的玻璃、硅等。
在基板30上形成第一反射層32。作為第一反射層32的材料例如能恰 當地使用Pt等金屬材料。第一反射層32的厚度^皮設定成是200nm左右。 本實施例的第一反射層32是由Pt形成的，該第一反射層32如后述那樣具 有作為向光調制膜34施加電場的電極的功能。
在第一反射層32是由Pt形成時，第一反射層32的反射率是從60%到 80%的程度。
在第一反射層32的上面設置有光調制膜34。作為該光調制膜34的材 料選擇的是根據施加的電場而折射率變化的固體光電材料。作為這種光電材料可以使用PLZT、 PZT、 LiNb03、 GaA-MQW、 SBN((Sr， Ba)Nb206) 等，但特別是PLZT能恰當地被使用。光調制膜34的厚度t由射入光的射 入角度和波長來決定，例如把射入光i殳定成是650nm附近的紅色光時，則 最好是在500nm到1500腿的范圍內來形成。如后述那樣，由于向光調制 膜34施加的電場是在厚度方向上施加的，所以若膜厚度在1500nm以上， 則施加用于得到足夠折射率變化的電場是困難的。且若膜厚度在500nm以 下，則不能得到足夠的光學膜厚度變化△ nt。
在光調制膜34的上面設置有透明電極36。透明電極36例如能由ITO (Indium Tin Oxide )、 ZnO、 Ir02等形成。在透明電極36是由ITO或ZnO 形成時，其厚度設定成是100nm 150nm左右。在是由Ir02形成時則最好把 膜厚度設定的更薄，例如是50nm左右。該透明電極36由于電阻值與透射 率是平衡的關系，所以其厚度也可以由實驗決定。
該透明電極36按每個像素10配置形成矩陣狀。
在透明電極36的上面形成有第二反射層40。該第二反射層40由電介 質多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質膜42和第二電介質膜44 交替層合的。作為第一電介質膜42和第二電介質膜44的材料組合能使用 Si02 (n = 1.48)、 Si3N4 (n = 2.0)。
在電介質多層膜是由氧化硅膜和氮化硅膜形成的時，能在硅半導體集 成電路的制造處理和制造裝置中原封不動地使用。
電介質多層膜能通過等離子CVD ( Chemical Vapor Deposition )法 來形成。SiCy莫是能在TEOS、 02環境中在溫度20(TC的條件下生長，Si3N4 膜是能在SiH4、 NH3環境中在溫度200。C的條件下恰當地生長。
電介質多層膜也可以通過離子束噴濺法形成。
第一電介質膜42和第二電介質膜44各自的厚度tl、。被設計成是向 光控制裝置8射入光的波長的1 /4。即當把向光控制裝置8射入光的波長 設定成是入、把電介質膜的折射率設定成是n時，則各電介質膜一層的厚 度t被調節成是t二入/ (nx4)。
例如在光控制裝置8中使用波長A = 633nm的紅色激光時，第一電介質 膜42的厚度tl在作為其材料是Si02 ( n = 1.48 )時是被設定成tl = 633 / ( 4 x 1.48 ) == 106nm程度。第二電介質膜44的厚度t2在作為其材料是Si3N4 (n = 2.0)時是被設定成t2-633 / ( 4 x 2 ) = 79nm程度。構成第二反射層40的電介質膜的厚度tl、 t2也不一定需要嚴格地設計成是入/4。
作為電介質膜的材料也可以替代氮化硅膜而使用Ti03 (n = 2.2)。這時 第二電介質膜44的厚度t2被設定成t2 = 633 / ( 4 x 2.2 ) = 72nm程度。
圖2 (b)中從光調制膜34向第二反射層40射入的光的反射率R2被 設計成與從光調制膜34向第一反射層32射入的光的反射率Rl相等。反射 率Rl是由第一反射層32所使用的金屬材料而決定的，在選擇了是Pt時， 則是60~80%。
因此，這時的反射率R2也被設計成是60~80%。第二反射層40的反射 率R2能通過第 一 電介質膜42和第二電介質膜44的材料與厚度來調節。如 圖2 (b)所示，本實施例中第二反射層40分別把各三層第一電介質膜42 和第二電介質膜44交替地層合。在第二反射層40中，也可以把層合第一 電介質膜42和第二電介質膜44的順序反過來。且為了微調節反射率R2也 可以再層合第三電介質膜。
第二反射層40也可以由金屬薄膜形成的半透半反鏡。這時與形成電介 質多層膜的情況相比能把制造工序簡易化。
第二反射層40被開口 ，透明電極36通過孔和配線38而被向外部引出。 作為配線38的材料能恰當地使用Al等。
在配線38的上面還可以形成保護膜。
本實施例把透明電極36和第一反射層32形成電極對。第一反射層32 的電位例如被固定成是接地電位，各像素透明電極36的電位通過控制信號 CNT來控制。
說明如上構成的光控制裝置8的基本動作。
圖9模式表示了光控制裝置8的一個像素10的動作狀態。該圖在與圖 2(a)、圖2 (b)相同結構要素上付與了相同的符號。且為了簡略化而把透 明電極36等結構要素省略了。圖中nl、 n2表示折射率。
從光控制裝置8的上方射入強度Iin的激光。光控制裝置8的第一反射 層32、光調制膜34和第二反射層40構成了法布里珀羅型諧振器，射入光 的一部分被封入，其一部分被反射。當把射入激光的強度設定為Kn、把被 光控制裝置8反射的激光的強度設定為lout時，光控制裝置8的反射率R 由R = Iout/Iin來定義。
圖4表示的是向光控制裝置8射入的光的波長入與反射率R關系。由第一反射層32、光調制膜34和第二反射層40構成的法布里珀羅型
諧振器具有入m二2ntcos6 /m的諧振波長。在此m表示的是級數、112表示 的是光調制膜34的折射率、t表示的是光調制膜34的厚度、6表示的是激 光向光調制膜34的射入角度。如圖4所示，光控制裝置8的反射率R在諧 振波長？vm處是最小值。
如上所述，光調制膜34的折射率n2依賴于向電極對施加的電場。現在 把第 一反射層32設定為接地電位，當向未圖示的透明電極36施加控制電 壓Vcnt時，則在光調制膜34的厚度方向上被施加了電場E = Vcnt/t。在 光調制膜34的折射率ri2變化量An與施加的電場E之間有An = 1 / 2 x (n2) 3xRxE 的關系成立。在此，R是光電常數(克爾常數)。
圖4的(I )表示沒施加控制電壓Vcnt時的反射特性。
現在作為控制電壓Vcnt而把電壓I施加在各像素10的透明電極36上 時，則光調制膜34的折射率變化而諧振器的諧振波長從入ml漂移到入m2。 把這時的反射特性在圖4中以(II )表示。
把向光控制裝置8射入的激光波長設定為入ml時，當把控制電壓Vcnt 從接地電位變化到某電壓值VI時，則通過諧振波長的漂移能使光控制裝置 8的反射率從Rml變化到Rm2。
在此，把沒施加電壓時的反射率Roff與施加了電壓時的反射率Ron的 比Ron/Roff定義為接通斷開比。射入光的強度Iin—定時，則反射光的強 度lout與反射率成比例。因此接通斷開比大就能以更高的精度控制反射光 的強度Iout。
第一反射層32的反射率Rl與第二反射層40的反射率R2越接近則諧 振波長入m時光控制裝置8的反射率就越低。因此，如上所述調節第二反 射層40的電介質多層膜的層數和材料來把第一反射層32的反射率Rl與第 二反射層40的反射率R2設計成相等，這樣來把斷開時的反射率Rml設定 低就能提高接通斷開比。
這樣在本實施例的光控制裝置8中，通過變化向光調制膜34施加的電 場而使反射率變化，能實現控制反射光lout強度的光開關元件。且由于通 過變化光調制膜34的折射率還能控制反射光的相位，所以能恰當地使用在 全息記錄裝置等中。由于該光控制裝置8是反射型結構，所以不需要使射 入光Iin透射基板30。其結果是與現有的透射型光控制裝置相比能提高光的利用效率。
下面說明使用上述光控制裝置8構成的本實施例光控制系統200。
圖10是表示本實施例光控制系統200結構的圖。光控制系統200包括 激光光源72、光控制裝置8、棱鏡80和控制部60。激光光源72包括激 光二極管和光束擴展器等光學系統，從激光二極管輸出的激光被擴大光束 徑并被準直后輸出。
激光光源72被設置在可動支架82上。可動支架82能以規定的軸為中 心傾斜移動來使激光光源72的光軸方向可變。可動支架82通過驅動器等 能調節其方向。
從激光光源72輸出的激光以規定的射入角度向光控制裝置8射入。本 實施例中的激光被設計成在后述的校正處理前對于光控制裝置8的法線方 向是以小=45。射入的。光控制裝置8如圖2 (a)所示包含有配置成矩陣 狀的多個像素，并通過從控制部60輸出的控制信號CNT來控制每個各像 素的反射率。光控制裝置8被設置在可動支架84上。可動支架84被軸支 承，相對于激光光源72輸出的激光而能調節設置角度。可動支架84也與 可動支架82同樣地是由驅動器等來控制。
控制部60向可動支架82、 84輸出角度控制信號SIG1、 SIG2來控制激 光光源72的光軸方向。
把光控制裝置8反射的激光向棱鏡80射入。激光通過棱鏡80而被變 更光路，激光被向未圖示的記錄媒體、光檢測器等引導。
返回到圖9說明以上結構光控制系統200的動作。上述光控制裝置8 的諧振波長是由入m = 2 n2 t cos 6 / m給出。在光調制膜34的折射率n2= 2.0、有無施加電場而引起的折射率變化An^0.01時，諧振波長入m只不過 漂移0.5%。
另 一方面諧振波長入m也與光調制膜34的厚度t成比例。因此若厚度 t有1%的偏差則諧振波長人m也有1%的偏差。且光調制膜34的折射率n2 也有時有偏差，作為該結果是認為諧振波長A m也有偏差。
如圖4所示，若諧振波長Xm產生偏差則沒向光調制膜34施加電壓時 的反射率Rml就有變動，因此光控制裝置8的接通斷開比降低。
為了使光控制裝置8的諧振波長A m不隨光調制膜34的特性偏差而變 動并成為 一定值，則只要調節cos 6使n2 x t x cos 6成為 一定值便可。于是在圖10的光控制系統200中，根據光調制膜34的膜厚度t和折射
率n2的偏差并通過可動支架82、 84來調節激光向光控制裝置8的射入角度小。
圖9中激光的射入角度4)與光調制膜34內激光的射入角度6按照斯內 爾定律有n, sin(J)= n2 . sin6成立。圖11是表示激光的射入角度4與cos e關系的圖是按n產l、 n產2.5計算的，如圖11所示，以初始狀態的45° 為中心在±5。的范圍內變化激光的射入角度d)時，cos6的值在士"/o程度 的范圍內變化。因此在光調制膜34的制造工序中，n2xt的值即使有士10/0 的變動，通過調節激光的射入角度小也能抑制諧振波長入m的變動。
圖10的光控制系統200中，激光向光控制裝置8射入角度c))的調節， 即諧振波長A m的校正是如下進行的。
校正時在棱鏡80的后段配置光電二極管、CCD (Charge Coupled Device)等光檢測元件。使激光光源72輸出的激光以射入角度4> = 45°向 光控制裝置8射入。這時，在光控制裝置8的各像素中，施加為了使其反 射率應該成為最小值的控制電壓Vcnt。在本實施例中，是設計成Vcnt二0 時的反射率最小。
如圖4所示，若光調制膜34的膜厚度t和折射率ri2接近于設計值，則 射入的激光波長是入ml時的反射率就成為Rml,因此向光4企測元件射入的 激光強度變低。相反若光調制膜34的膜厚度t和折射率n2有偏差，則由于 諧振波長漂移而由光檢測元件檢測出的激光強度就變高。
于是控制部60通過角度控制信號SIG1、 SIG2來調節可動支架82、 84 的設置角度以調節激光向光控制裝置8的射入角度(J)，以使光檢測元件檢 測的激光強度接近于最小值，而能校正諧振波長入m。
當變化激光的射入角度4)則由光控制裝置8反射的激光的像就向一個 方向畸變，但通過設置棱鏡80就能校正由射入角度4)變化而引起產生的像 的畸變。
這樣，在本實施例的形態的光控制系統200中，光控制裝置8伴隨光 調制膜34的制造偏差的諧振波長人m的漂移能夠通過調節對光控制裝置8 的激光的射入角度進行校正。
現有在把光調制膜34由PLZT等形成時為了能穩定地制造其膜厚度t 和折射率112，所以需要高價的制造裝置，且雖然需要對于每個光控制裝置8進行光調制膜34的完成情況評價而使光控制系統200的成本有變高的問 題，但如上所述通過在光控制系統200上設置激光的射入角度調整機構就 能筒易地校正諧振波長入m,能提高光控制裝置8的合格品率。
以上說明了第三實施例。該實施例說到底就是例示，業內人士可理解 為能有各種變形例，且這些變形例也在本發明的范圍內。
實施例中說明了把成為上部電極的透明電極36和成為下部電極的第一 反射層32形成是電極對的情況，但并不限定于此，例如也可以把用于向光 調制膜34施加電場的電極對作為梳形電極形成在光調制膜34的上面。這 時電場對于光調制膜34是向橫方向上施加。即使在這時，通過根據光調制 膜34的膜厚度來調節激光的射入角度4)就能校正諧振波長入m。
實施例中作為激光向光控制裝置8射入角度cj)的調節機構是說明了可 動支架82、 84具備驅動器等，并按照控制部60輸出的角度控制信號SIG1、 SIG2來調節射入角度的情況，但也可以是手動來進行調節。
實施例中作為激光向光控制裝置8射入角度cj)的調節機構是說明了使 用可動支架82、 84的情況，但并不限定于此。例如也可以使從激光光源72 輸出的激光向反射鏡照射而把被反射鏡反射的激光向光控制裝置8輸入。 這時通過調節該反射鏡的角度也能調節射入角度4)。
且實施例是說明了校正由光控制裝置8的光調制膜34厚度和折射率的 偏差而引起的諧振波長變動的情況，但并不限定于此。例如在變更向光控 制裝置8射入的激光波長時等，也能按照激光的波長來變更光控制裝置8 的諧振波長。
實施例是通過棱鏡80來校正像的畸變，但通過多個反射鏡與透鏡的組 合也能實現同樣的功能。
實施例中說明的光控制系統200也能被使用在以全息記錄裝置的光空 間調制器為首的顯示裝置、光通信用開關、光通信用調制器、光演算裝置 和加密電路等中。
實施例是說明了作為光調制膜34是使用的光電材料，且具備向光調制 膜34施加電場的電極對的情況。本發明在光調制膜34是使用了磁光材料 的情況下也能使用，這時只要把施加電場的電極對置換成用于施加-茲場的 磁場施加機構便可。
本發明還能適用在這些以外的法布里珀羅型諧振器中，能廣泛適用在諧振器由兩個反射層和被它們夾住的薄膜形成，而諧振器長度在諧振器制 造后調整困難的諧振器中。 (第四實施例)
概要說明本發明第四實施例的光調制裝置。該光調制裝置是通過施加 來自外部的電壓而使反射率變化的光調制裝置。該光變化裝置具有法布里 珀羅型諧振器結構，且具備根據施加的電場而折射率變化的光調制膜和把 該光調制膜夾住形成的兩層反射層。在向光調制裝置射入激光的狀態下若 給予控制信號則能使光調制裝置的反射率變化，能控制被反射的激光的強 度。而被光調制裝置反射的激光由于具有與反射率成比例的強度，所以通 過把該反射光由記錄媒體或光檢測元件等進行記錄、檢測而能在各種用途 中被利用。
圖12是表示本實施例光調制裝置結構的圖。光調制裝置20具備控制
部22、偏壓部24和諧振器26。圖12所示的諧振器26是諧振器26的剖面 圖。諧振器26包括基板30、第一反射層32、光調制膜34、透明電極36 和第二反射層40。
諧振器26被形成在基板30上。作為該基板30的材料可以恰當地使用 表面平坦的玻璃、硅等。例如若是由硅構成的基板30，則也可以在基板上 設置開關元件，而在其上形成諧振器26。
在基板30上形成第一反射層32。作為第一反射層32的材料例如能恰 當地使用Pt等金屬材料。第一反射層32的厚度被設定成是200nm左右。 本實施例的第一反射層32是由Pt形成的，該第一反射層32如后述那樣具 有作為向光調制膜34施加電場的電極的功能。在第 一反射層32是由Pt形 成時，第一反射層32的反射率是從50%到80。/。的程度。
在第一反射層32的上面設置有光調制膜34。作為該光調制膜34的材 料選擇的是根據施加的電場而折射率變化的固體光電材料。作為這種光電 材料可以使用PLZT、 PZT(鈦酸鋯酸鉛)、LiNb03、 GaA-MQW、 SBN((Sr, Ba) Nb206)等，但特別是PLZT能恰當地被使用。光調制膜34的厚度t 由射入光的射入角度和波長來決定，例如把射入光設定成是650nm附近的 紅色光時，則最好是在500nm到1500nm的范圍內來形成。如后述那樣' 由于向光調制膜34施加的電場是在厚度方向上施加的，所以若膜厚度在 1500nm以上，則施加為了得到足夠折射率變化的電場是困難的。且若膜厚度在500nm以下，則不能得到足夠的光學膜厚度變化Ant。
在光調制膜34的上面設置有透明電極36。透明電極36例如能由ITO (Indium Tin Oxide )、 ZnO、 Ir02等形成。在透明電極36是由ITO或ZnO 形成時，其厚度設定成是100nm 150nm左右。在是由Ir02形成時則最好把 膜厚度設定的更薄，例如是50nm左右。該透明電極36由于電阻值與透射 率是平衡的關系，所以其厚度也可以由實驗決定。
在透明電極36的上面形成有第二反射層40。該第二反射層40由電介 質多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質膜42和第二電介質膜44 交替層合的。作為第一電介質膜42和第二電介質膜44的材料組合能使用 Si02 (n = 1.48)、 Si3N4 (n = 2.0)。
在電介質多層膜是由氧化硅膜和氮化硅膜形成的時，能在硅半導體集 成電路的制造處理和制造裝置中原封不動地使用。
電介質多層膜能通過等離子CVD ( Chemical Vapor Deposition )法 來形成。Si02膜是能在TEOS、 02環境中在溫度20(TC的條件下生長，Si3N4 膜是能在SiH4、 NH3環境中在溫度200。C的條件下恰當地生長。電介質多層 膜也可以通過離子束噴濺法形成。
第一電介質膜42和第二電介質膜44各自的厚度tl、 t2被設計成向諧 振器26射入光的波長的1/4。即當把向諧振器26射入光的波長設定成為 入、把電介質膜的折射率設定成為n時，則各電介質膜一層的厚度t被調節 成是t-入/ (nx4)。
例如在光調制裝置20中使用波長入=633nm的紅色激光時，第 一 電介 質膜42的厚度tl在作為其材料是Si02 (n = 1.48)時是被設定成tl = 633 / (4x 1.48)= 106nm程度。第二電介質膜"的厚度t2在作為其材料是 Si3N4 ( n 二 2.0 )時是被設定成t2 = 633 / (4 x 2)= 79nm程度。構成第二反 射層40的電介質膜的厚度tl、 t2也不一定需要嚴格地設計成是X /4。
作為電介質膜的材料也可以替代氮化硅膜而使用Ti03。這時第二電介 質膜44的厚度t2被設定成t2 = 633 / ( 4 x 2.2 ) = 72nm程度。
圖12中從光調制膜34向第二反射層40射入的光的反射率R2被設計 成與從光調制膜34向第一反射層32射入的光的反射率Rl相等。反射率 Rl是由第一反射層32所使用的金屬材料而決定的，在選擇了是Pt時，則 是50 80%。因此，這時的反射率R2也被設計成是50 80%。第二反射層40的反射 率R2能通過第一電介質膜42和第二電介質膜44的材料與厚度來調節。如 圖U所示，本實施例中第二反射層40分別把各三層第一電介質膜42和第 二電介質膜44交替地層合。第二反射層40也可以把層合第一電介質膜42 和第二電介質膜44的順序反過來。且為了微調節反射率R2也可以再層合 第三電介質膜。
第二反射層40也可以由金屬薄膜形成的半透半反鏡。這時與形成電介 質多層膜的情況相比能把制造工序簡易化。
本實施例把透明電極36和第一反射層32形成電極對。如圖12所示透 明電極36被連接在控制部22上以施加控制電壓。
控制部22具有生成、輸出調制向光調制裝置20射入的光并射出控制 電壓Vcnt的功能。控制電壓Vcnt是取高電平VH或取低電平VL這兩值的 信號。
偏壓部24生成并輸出用于調整諧振器26諧振波長的偏壓Vb。控制電 壓Vcnt通過偏壓部24而使偏壓Vb重疊并向透明電極36施加。偏壓部24 的結構和偏壓Vb的設定方法在后面敘述。第一反射層32例如被設定成接 地電位。
說明如上構成的光調制裝置20的動作。圖13模式表示了光調制裝置 20的動作狀態。該圖中，在與圖12相同結構要素上付與了相同的符號。且 為了筒略化而把透明電極36等結構要素省略了 。
從諧振器26的上方射入強度Iin的激光。諧振器26的第一反射層32、 光調制膜34和第二反射層40構成了法布里珀羅型諧振器，射入光的一部 分被封入，其一部分^皮反射。當4巴射入激光的強度設定為Iin、 4巴被諧振器 26反射的激光的強度設定為lout時，諧振器26的反射率R由R = lout / Iin 來定義。
圖4是表示是向諧振器26射入的光的波長A與反射率R關系的圖。由 第一反射層32、光調制膜34和第二反射層40構成的法布里珀羅型諧振器 具有由式l表示的諧振波長入m。在此n是光調制膜34的折射率、t是光調 制膜34的厚度、6是激光向光調制膜34的射入角度。如圖4所示，諧振 器26的反射率R在諧振波長Am中是最小值。且如射入角度是零那樣也可 以是6 = 0°如上所述，光調制膜34的折射率n依賴于向電極對施加的電場。作為 光調制膜34在使用PLZT時，在光調制膜34的折射率n變化量An與施加 的電場E之間有
△ n = l/ 2x (n)3xRxE2 (式2)
的關系成立。在此，R是光電常數(克爾常數)。
圖4所示的(I )表示沒向諧振器26施加電壓時的反射特性。這時諧 振器26的諧振波長是入ml。當向諧振器26施加電壓時則光調制膜34的折 射率變化，諧振波長從入ml漂移到人m2。人m2是比入ml大的值。把這時 的反射特性在圖4中以(II )表示。
這時在向諧振器26射入的激光波長是與諧振波長相等的Ami的情況 下而向諧振器26施加電壓時，則通過諧振波長從入ml漂移到Am2，諧振 器26的反射率R從Rml變化到Rm2。
在此，把沒施加電壓時的反射率Roff與施加了電壓時的反射率Ron的 比Ron/Roff定義為接通斷開比。射入光的強度Iin—定時則反射光的強度 lout與反射率成比例。因此接通斷開比大就能以更高的精度控制反射光的強 度Iout。
由于激光波長與沒施加電壓時諧振器26的諧振波長入ml相等時是 Roff最小，所以能提高接通斷開比。因此諧振器26的沒施加電壓時的諧振 波長入m最好形成得與射入激光的波長相等。
但如上所述諧振器26的諧振波長入m是由式1給出的，所以與光調制 膜34的膜厚度t成比例。由于諧振波長入m與膜厚度t成比例，因此若膜 厚度t有1。/。的偏差則諧振波長入m也有1。/。的偏差。且光調制膜34的折射 率n也有時有偏差，作為該結果是認為諧振波長入m也有偏差。作為諧振 波長入m有偏差的結果是接通斷開比低下。
如上所述，通過向諧振器26施加電壓而能使諧振波長入m變化，因此 為了校正諧振器26諧振波長入m的偏差，只要調整向諧振器26施加的電 壓以使控制電壓Vcnt在低電平VL時的諧振波長人m與激光的波長相等便 可。
于是在本實施例的光調制裝置20中，在控制部22之外另設置了偏壓 部24，通過在控制電壓Vcnt上重疊偏壓Vb來進行諧振波長入m的校正。 以下il明偏壓部24的結構和偏壓Vb的i殳定方法。圖14是表示能調整偏壓Vb的光調制裝置20結構的圖。該圖在與圖
12相同結構要素上付與了相同的符號。且為了簡略化而把第二反射層40等 結構要素省略了。
圖14所示的偏壓部24是生成偏壓Vb的定電壓電路。偏壓部24包括 可變電阻45、電阻46、定電壓二極管48、運算放大器49和晶體管53。
當向偏壓部24供給電源電壓，則在偏壓部24的輸出端子52上有偏壓 Vb =Vz ( 1+R1 / R2 )輸出。Rl是可變電阻45的電阻值，R2是電阻46的 電阻值，Vz是定電壓二極管48的齊納電壓。偏壓Vb是與電源電壓值無關 的定電壓，通過變化可變電阻45的電阻值能進行調整。
重疊在控制電壓Vcnt上的恰當的偏壓Vb值能通過測量光調制膜34的 膜厚度t而求出來。法布里珀羅型諧振器的諧振波長人m是由式1給出的。 因此若知道了光調制膜34的膜厚度t就能求出諧振器的諧振波長入m。從 諧振波長入m與諧振波長目標值的差△人來求使諧振波長A m漂移到目標 值所需要的光調制膜34的變化量An。由于在光調制膜34的折射率n的變 化量△ n與施加的電場E之間有式2的關系成立，所以能求出使諧振波長入 m漂移到目標值所需要的電場E。由'于電場與電壓有E = V/t的關系，所 以能求出向諧振器26施加的恰當的偏壓Vb值。
這樣根據本實施例的光調制裝置20,即使在諧振器26的光調制膜34 的膜厚度t有偏差的情況下，也能通過調整偏壓部24的可變電阻45而把恰 當的偏壓Vb重疊在控制電壓Vcnt上，能校正諧振波長入m。
現有在把光調制膜34由PLZT等形成時為了能穩定地制造其膜厚度t 和折射率n，所以需要高價的制造裝置而有成本有變高的問題，但如上所述 通過在光調制裝置20中設置偏壓調整機構就能簡易地校正諧振波長入m， 能提高光調制裝置20的合格品率。
如上所述，在向諧振器26施加電壓時諧振器26的諧振波長入m是向 變大的方向漂移。在法布里珀羅型諧振器中由于諧振波長入m是由式1給 出的，所以膜厚度t若變厚則諧振波長入m變大，膜厚度t若變薄則諧振波 長入m變小。因此本實施例的光調制裝置20為了恰當地校正膜厚度的偏差 則形成比成為目標諧振波長入m的膜厚度t薄的膜厚度就可。
圖14所示的偏壓部24是定電壓電路的一例，偏壓Vb也可以使用其他 的定電壓電路、穩壓器來生成。且偏壓Vb的設定也可以是在控制電壓Vcnt在低電平VL的狀態下向諧振器26射入激光， 一邊監測反射光的強度一邊
調節可變電阻45來進行。這時調節可變電阻45盡可能地使反射光的強度 成為最小值。這樣就能高精度地進行諧振波長入m的校正。
偏壓Vb也可以通過自動控制來設定。在進行偏壓Vb的自動控制時， 則在光調制膜34的特性在時效上有變化時和射入激光的波長有變化時也能 控制成是恰當的諧振波長A m。例如知道PLZT等強電介體通過被持續施加 同 一 方向的電壓，則在強電介體中存儲產生極化量的印記的現象。
圖15是表示通過自動控制偏壓Vb而設定的光調制裝置20結構的圖。 圖15所示的偏壓部24包括A / D變換部54、 CPU存儲部56和D / A變 換部58。
說明圖15所示光調制裝置20的動作。圖15的光調制裝置20是通過 監測從諧振器26反射的光的強度并進行反饋控制來調整偏壓Vb。
從激光光源62向諧振器26照射并被反射的光通過光電二極管、CCD 等光檢測元件64而被變換成電信號。光檢測元件64被設置在能檢測從諧 振器26反射的激光的位置上。例如也可以通過未圖示的光束分光器把反射 光分支而向光檢測元件64射入。
通過光檢測元件64生成的電信號從輸入端子51輸入到偏壓部24中。 電信號由A/D變換部54變換成數字值而被CPU存儲部56取入。CPU存 儲部56控制偏壓Vb以使被光檢測元件64檢測的光的強度成為最小。從 CPU存儲部56輸出的信號通過D/A變換部58被變換成模擬值，并向輸 出端子52輸出偏壓Vb。
通過進行偏壓Vb的自動控制而能總是把諧振器26的諧振波長入m控 制成與激光光源62的波長相等的值。
也可以把圖15所示的偏壓部24集成化形成在圖12所示的基板30上。 本實施例的光調制裝置20是反射型調制器結構，所以作為基板30能使用 不透明的材料。例如作為基板30若使用硅，則能把控制部22和偏壓部24 形成在基板30上而把光調制裝置20作為半導體集成電路裝置而單芯片化。
在以上本實施例的光調制裝置20中，把偏壓Vb重疊在控制電壓Vcnt 上并向透明電極36施加，但也可以通過把偏壓Vb施加在第一反射層32上 來調整諧振波長入m。圖16是表示把偏壓部24施加在第一反射層32上的 光調制裝置20結構的圖。把偏壓Vb施加在第一反射層32上時由于施加在諧振器26上的電壓成 為了 Vent - Vb，所以把偏壓Vb設定成是負的電壓。
當施加負偏壓Vb而控制電壓Vcnt在^f氐電平VL時，向光調制膜34施 加負電壓，而把光調制膜34是由折射率與施加的電場平方成正比變化的 PLZT形成時諧振波長入m的漂移不依賴于施加電壓的極性。因此這種情況 也能通過調整偏壓Vb來控制諧振波長入m。
圖16所示的光調制裝置20與把偏壓Vb重疊在控制電壓Vcnt上相比 較能降低光調制裝置20的動作電壓。
本實施例的光調制裝置也可以具備多組諧振器和控制部。例如通過把 圖12所示的光調制裝置20配置成矩陣狀就能構成空間光調制裝置。
圖17(a)、圖17 (b)是表示把光調制裝置配置成矩陣狀的空間光調 制裝置的圖。圖17 (a)表示的是空間光調制裝置8的平面圖。空間光調制 裝置8具備在基板30上配列成8行8列的平面狀多個像素10。像素10構 成20 jum x 20 jam左右的尺寸。
圖17 (b)表示的是圖17 (a)所示空間光調制裝置的A-A'線的剖面 圖。光調制膜34等的結構要素與圖12所示的諧振器26相同。
如圖17(b)所示，通過孔和配線38把透明電極36向外部引出。作為 配線38的材料能恰當地使用Al等。在配線38的上面也可以再形成保護膜。
空間光調制裝置8能從控制部22向每個像素10給予控制電壓Vcnt來 控制每個像素IO的反射率。
偏壓部24 4巴偏壓Vb重疊在控制電壓Vcnt上。偏壓部24的結構和偏 壓Vb的設定方法與上述說明的結構和方法相同。在空間光調制裝置8中， 在各像素IO之間的膜厚度偏差小時，向各像素IO上重疊共同的偏壓Vb便 可，所以一個空間光調制裝置8至少具備一個偏壓部24便可。
也可以在每個像素10上具備偏壓部24。這時能更高精度地校正諧振波 長入m。
使用空間光調制裝置8能構成各種光調制系統。圖18是表示使用了空 間光調制裝置8的全息記錄裝置70的圖。全息記錄裝置70具備發光部 180、受光部182和空間光調制裝置8。發光部180具備激光光源72和光束 擴展器74。受光部182具備傅里葉變換透鏡76和記錄媒體78。
在全息記錄裝置70中，從激光光源72發出的激光被未圖示的光束分光器分割為兩束光。其中一束光作為參照光使用而向記錄媒體78內引導。
另一束光則被光束擴展器74擴大光束徑后作為平行光向空間光調制裝置8照射。
向空間光調制裝置8照射的光作為對于每個像素具有不同強度的信號 光被從空間光調制裝置8反射。該信號光通過傅里葉變換透鏡76被進行傅 里葉變換并向記錄媒體78內聚光。在記錄媒體78內包含全息圖形的信號 光與參照光的光路交叉而形成光干涉圖形。整個光干涉圖形作為折射率的 變化(折射率格柵)而被記錄在記錄4某體78中。
上面說明了把空間光調制裝置8使用在全息記錄裝置70中的情況，但 并不限定于此，也使用在顯示裝置、光通信用開關、光通信用調制器、光 演算裝置和加密電路等中。
方成正比變化的光電材料而使用了 PLZT的情況，但光調制膜也可以使用折 射率與施加的電場成比例變化的光電材料來形成。
作為這種光電材料例如知道LiNb03 (鈮酸鋰)、LiTa03 (鉭酸鋰)、SBN
(鈮酸鍶鋇)等。
在使用了折射率與施加的電場成比例變化的光電材料時，能通過變化 向諧振器施加電壓的極性來把諧振波長Am的漂移方向變成相反。把偏壓 部的結構調整變成偏壓Vb為正負任一極性的結構，則即使膜厚度t從目標 值偏離時，也能恰當地調整諧振波長Am。即，膜厚度t比目標值厚而諧振 波長入m向大的值漂移時，只要施加負電壓便可。另一方面當膜厚度t比目 標值薄而諧振波長入m向小的值漂移時只要施加正電壓便可。
以上說明了第四實施例。該實施例是例示，業內人士可理解為能把這 些各結構要素和各處理工序組合而有各種變形例，且這些變形例也在本發 明的范圍內。
根據本發明的光控制裝置能提高光的利用效率。
權利要求
1、一種光調制裝置，其特征在于，其包括諧振器，其具有根據施加的電壓而折射率產生變化的光調制膜被反射層夾住設置的法布里珀羅型諧振器結構；控制部，其通過向所述諧振器施加控制電壓而調制并射出向諧振器射入的光；偏壓部，其把用于調整所述諧振器諧振波長的偏壓施加在所述諧振器上。
2、 如權利要求1所述的光調制裝置，其特征在于， 其至少具備多組所述諧振器和所述控制部。
3、 如權利要求1或2所述的光調制裝置，其特征在于，所述光調制膜是折射率與施加電場的平方成正比變化的光電材料。
4、 如權利要求3所述的光調制裝置，其特征在于， 所述光電材料是鈦酸鋯酸鉛或是鈦酸鋯酸鑭鉛。
5、 如權利要求1或2所述的光調制裝置，其特征在于，所述光調制膜是折射率與施加的電場成比例變化的光電材料，所述偏 壓部生成正負任一個偏壓。
6、 如權利要求5所述的光調制裝置，其特征在于， 所述光電材料是鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鍶鋇的任一個。
7、 如權利要求1或2所述的光調制裝置，其特征在于， 所述諧振器包括基板、所述基板上設置的第 一反射層、設置在所述第 一反射層上且通過施加電場而能控制折射率的光調制膜、設置在所述光調制膜上的第二反射層、 向所述光調制膜上施加電場的電極對。
8、 如權利要求1或2所述的光調制裝置，其特征在于， 其還具備調整由所述偏壓部生成的偏壓的調整電路。
9、 如權利要求1或2所迷的光調制裝置，其特征在于，該光調制裝置作為半導體集成電路裝置而被單芯片化。
10、 如權利要求9所述的光調制裝置，其特征在于， 為了調整偏壓而具備用于輸入指示信號的端子。
11、 一種光調制裝置的校正方法，是包括諧振器，其具有根據施加的電壓而折射率產生變化的光調制膜被反射層夾住設置的法布里珀羅型諧振器結構；控制部，其通過向所述諧振器施加控制電壓而調制并射出向所述諧振器射入的光；偏壓部，其把用于調整所述諧振器諧振波長的偏壓施加在所述諧振器 上，其特征在于，在沒有向所述諧振器施加電壓的狀態下測量從諧振器射出的光的強 度，并根據該光的強度來設定所述偏壓。
12、 一種光調制系統，其特征在于，其包括 權利要求1或2所述的光調制裝置、向該光調制裝置照射光的發光部、 接受從該光調制裝置射出的光的受光部。
全文摘要
本發明提供一種具有光調制膜的光控制裝置，其改善了光利用效率。光控制裝置具備在基板上配列成平面狀的多個像素。基板上形成有第一反射層。在第一反射層的上面設置有光調制膜。作為該光調制膜的材料選擇的是折射率根據施加的電場而變化的PLZT等光電材料。在光調制膜的上面設置有透明電極。在透明電極的上面形成有第二反射層。該第二反射層是由電介質多層膜所形成，是把折射率不同的第一電介質膜和第二電介質膜交替層合而成。第一反射層、光調制膜和第二反射層構成諧振器。透明電極和第一反射層形成電極對，通過向光調制膜施加的電場來控制光控制裝置的反射率。
文檔編號G02F1/21GK101414092SQ200810215199
公開日2009年4月22日 申請日期2006年1月19日 優先權日2005年1月20日
發明者藤井剛, 藤森敬和 申請人:羅姆股份有限公司