專利名稱：具有倒磁疇的電子光學器件和利用該器件的電子光學單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子光學器件，更確切地說涉及諸如光偏轉器之類利用電子光學效應的器件。
技術上已知的利用電子光學效應的器件包括光偏轉器和光調制器。不利用該效應的器件包括透鏡和反射鏡。
通常用來以電子方法使光束偏轉的光偏轉器包括電流計式、旋轉多面反射鏡式及旋轉全息式。由于所有這些偏轉器都是電氣機械式偏轉裝置，故它們不適用于短期隨機存取，雖然它們也允許高分辨率和相當高速的連續掃描。
其他高速偏轉器靠一個聲光衍射光柵利用布喇格(Bragg)衍射。這些具有微秒數量級的存取時間，然后而它們只能產生很小的偏轉角，它們在光點數上比可能被掃描者受到限制而且輸出光束還分裂成若干個光束。
利用電子光學效應的偏轉器以甚至更高的速度(例如納秒數量級)工作，但是它們的分辨率仍然較低。
變焦距透鏡是通過把一組透鏡組合起來而制作的，該組透鏡能用機械方法這樣布置，以便改變它們之間的距離，然而這需要復雜的結構和操作，而且響應速度也不夠。
直到現在，反射鏡也是固定結構的，而且靠一個信號使其出現和消失的反射鏡還是未知的。因而反射鏡的實用性有限。
如上所述，諸如電氣機械偏轉器、利用聲光效應的偏轉器和利用電子光學效應的偏轉器之類的常規的光偏轉器都有其各自的優缺點。在先有技術中，尚不存在既具有高速又具有高分辨率的光轉換器。
此外，尚沒有單個的變焦距透鏡或能被接通和切斷的反射鏡。
因而本發明的一個目的在于提供諸如高分辨率光偏轉器之類的一種電子光學器件，該器件允許快速隨機存取，給出一個大偏轉角，并具有高分辨率。
因而本發明涉及一種電子光學器件，該器件包括一個鐵電基片，一些該置于該基片主表面上的電極和在該基片內形成的帶有預定形狀的一些倒磁疇(domain)，這些磁疇的至少一個疇壁與該基片的主表面大體上垂直，而一個光束至少穿過諸疇壁中的兩個。
根據本發明的電子光學器件，通過經過在包括一組倒磁疇的該基片主表面上形成的一些電極施加一個電壓，在該基片與諸倒磁疇之間產生一個折射率差。結果，一個光束在它穿過至少兩個疇壁時被大大地偏轉，即通過使它穿過一組鄰接的疇壁可以使一個光束大為偏轉。
因而本發明使得有可能很容易地構成一種電子光學器件，例如一種給出大偏轉角和高分辨率的光偏轉器(或光調制器)。此外，由于它與一個電壓的施加有關，故它使得即使在隨機存取的情況下也能快速連續掃描。
由于當該光束穿過一組疇壁時基于上述折射率差而得到一個大偏轉角，故該光束能給出一個大會聚度或發散度，這適用于一種變焦距透鏡。在此透鏡中，靠一個電信號而不需要任何機械位移，該焦距可以變化，或者使該光束會聚或發散。
在一個反射鏡的場合，由于通過施加一個電壓靠上述折射率差而得到一個大偏轉角，故光束透射和反射可以通過接通或切斷該電壓來實現，而且當該光束穿過一組磁疇時該反射效應增強。于是靠一個電信號而不需要任何機械位移，可以使此反射鏡出現和消失。
此外，根據本發明的該電子光學器件，通過這樣選擇諸疇壁的形狀，即這些疇壁中至少一個與該基片的上述主表面大體上垂直，可以把一個光束在該器件中的傳播方向保持成與上述主表面相平行，因而在該器件中的光束傳播是穩定的。
圖1是根據本發明的個實施例的一個光偏轉器的示意斜視圖。
圖2是用來說明上述光偏轉器的功能原理的原理圖。
圖3是一個利用單個磁疇晶體中的電子光學效應的洮偏轉器的示意斜視圖。圖4是一個根據本發明利用單個磁疇晶體中的電子光學效應的光偏轉器的示意斜視圖。
圖5是表示此光偏轉器中的磁疇形狀和光束偏轉角的示意平面圖。
圖6A是表示偏轉角相對于磁疇入射角而變化的曲線圖，而圖6B是表示在此光偏轉器中偏轉角隨磁疇數而變化的曲線圖。
圖7是表示在此光偏轉器中的最佳磁疇形狀的示意斜視圖。
圖8是表示此光偏轉器的具體形式的主要零件的平面圖。
圖9是表示此光偏轉器的從一個出射端面的出射角相對于在此出射端面上的一個入射角而變化的曲線圖。
圖10是一個利用此光偏轉器的光偏轉系統的示意圖。
圖11是表示通過施加一個電場來形成磁疇的方法的示意斜視圖。
圖12是表示靠電子束輻照來形成磁疇的方法的示意斜視圖。
圖13是根據本發明的一個實施例的一種變焦距透鏡的示意斜視圖。
圖14是表示此變焦距透鏡的一種典型透鏡形狀的示意圖。
圖15是根據本發明的一個實施列的一種用于對一個光束的二維處理的器件的示意斜視圖。
圖16是根據本發明的一個實施例的另一種用于對一個光束的二維處理的器件的示意斜視圖。
圖17是根據本發明的一個實施例的一種電感應反射鏡的示意斜視圖。
圖18是表示此電感應反射鏡的機制原理的原理圖。
圖19是根據本發明的一個實施例的另一種光偏轉器的示意斜視圖。
在本發明的該電子光學器件中，希望有至少兩個帶有被一個傳播光束所水平穿過的對置的倒磁疇的疇壁，在其中每一個上該光束有不同的入射角，此光束根據一個施加在電極之間的電壓被偏轉，這些電極形成在一個基片的兩個對置的主表面上。
對于上述反射鏡來說特別適宜的是，諸疇壁以預定的周期層疊，以致該光束以預定的角入射，通過在該基片的兩個對置的主表面上的電極之間施加一個電壓來改變該光束的傳播方向。
此外，對于上述變焦距透鏡來說特別適宜的是，在該光束傳播方向上有至少兩個疇壁帶有沿此方向的凸面和凹面，通過在該基片的兩個對置的主表面上的電極之間施加一個電壓使該光束會聚或發散。
處理可在一個與該光束傳播方向成直角的截面內沿兩個相互垂直的兩個方向x、y進行，辦法是使該光束穿過一個沿x方向處理它的電子光學器件，和一個沿Y方向處理它的電子光學器件。
在此場合，當設置一組上述電子光學器件時，該第一器件的光束出射邊緣與該第二器件的光束入射邊緣被這樣布置，致使它們是鄰接的而該兩個器件的諸主表面是相互垂直的，該光束沿兩個方向被偏轉或被弄成會聚或發散。
當上述該組器件被經過一個裝置布置，該裝置具有用來使在一個與該光束傳播方向成直角的截面內的該兩個垂直方向X、Y互換的功能，這時希望第一電子光學器件和第二電子光學器件這樣排列，即它們各自的主表面彼此平行。
當該光束的偏振方向被這樣偏轉，致使它垂直于該基片的主表面，而且該光束被這樣偏轉，致使它垂直于該光束傳播方向且還垂直于該原始光束傳播方向，這時在一個與該原始光束傳播方向成直角的截面內的X、Y方向可以互換。
當在對置主表面的大體上整個面積上設置諸電極，而且根據一個施加于這些電極之間的電壓來改變該光束傳播方向時，該光束傳播方向可以保持與該基片平行，以防止不必要的光束發散。
當該基片包含LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)的晶體，而且諸疇壁的一側平行于諸晶體的鏡面時，諸疇壁的平面度得到改善因而可以得到良好的折射，因而這是一種想要的結構。
當形成上述倒磁疇時，電極例如設置在該基片的兩個主表面上，一個具有預定形狀的電極設置在至少一個主表面上，而諸倒磁疇通過在兩個主表面之間施加一個電壓而按預定的造形形成(在預定造形中諸極被顛倒)。
要不然的話，諸倒磁疇通過用一個電子束或用帶有負電荷的帶電粒子來輻照該基片的自發極化的負極表面而按預定的造形形成(在預定造形中諸極被顛倒)。
要不然的話，諸倒磁疇通過用一個電子束或用帶有正電荷的帶電粒子來輻照該基片的自發極化的正極表面而按預定的造形形成(在預定造形中諸極被顛倒)。
當在本發明的電子光學器件中一個具有預定形狀的電極在該基片的至少一個主表面上形成而通過在諸電極之間施加一個電壓使在預定電極造形中諸極被顛倒時，當至少在諸主表面之一上的該電極為多邊形時，以及當此電極的至少一個邊平行于組成該基片的諸晶體的鏡面時，該疇壁的該光束入射于其上的那一側平行于此鏡方向，以致該疇壁的平面度得到改善。
在此場合，該基片可以由LiNbxTa1-xO3晶體(其中0≤x≤1)組成。
下面將對照具體的實施例詳細描述本發明。光偏轉器的場合首先將描述一個實施例，其中本發明運用于一個利用電子光學效應的光偏轉器。
當一個光束從一種具有一定的折射率的介質進入一種具有不同折射率的介質時，其路徑被該兩種介質之間的折射所彎曲。如果該介質具有一種電子光學效應，則該折射角由于與一個電信號有關的該介質折射率的變化而變化，因而該光束的路徑根據該信號而彎曲。
如圖1中所示，一個根據本實施例的光偏轉器件40基本上包括一個鐵電基片1，一組在此基片內部形成的倒磁疇2，覆蓋在該基片的兩個主表面上的電極膜3、4，以及一個用來在這些電極之間施加一個電壓的電信號發生器7。
該基片1的諸晶體的方向(圖中朝上的箭頭所指示的自發極化的方向)與磁疇2的諸晶體的方向彼此成180°，如圖1(和圖2)中所示。該磁疇2的疇壁2a、2b中至少一個(這里是兩個)大體上垂直于該基片1的主表面43、44，而一個光束41穿過至少兩個疇壁(即2a→b→2a…)。
如圖1(和圖2)中所示，該光41從一個端5進入該器件，依次穿過該基片1和磁疇2，并且從在對側的一個端面6出射。由于折射率變化，出射光束42的行進方向相對于光束41的行進方向變動了角Φ，該折射率變化與由該信號發生器7在電極3與4之間所施加的一個信號電壓有關。
具有電子光學效應的晶體的折射率變化的量值與施加于諸晶體的電場的量值成正比，而當所加電場的方向倒轉180°時，折射率變化的符號也改變。
由于諸晶體的方向在該基片1和磁疇2中彼此成180°，故根據在該電極3、4之間所施加的該信號電壓，在該基片1與磁疇2之間產生一個折射率變化，而且該光束的彎曲角也相應地改變。
圖2示意地表示根據本實施例的該器件的工作。在光束41進入其極與諸基片晶體1的極相比被顛倒的磁疇2之后，該折射率由于信號發生器7的該信號電壓而改變(彎曲角變化)，因而出射光束42從原始路徑偏離(然而由于電壓的極性，該折射方向與圖1的方向相反)。在此場合，該光束穿過一組磁疇2，致使該彎曲角在每次機會中都改變，而最后得到的光束42偏轉了相當大的角。
如下文所述，采用半導體石印術能制成高精度的精細結構。根據本實施例，通過以一單個器件內的一些磁疇的形式制作一組折射棱鏡，于是可以用一種極簡單的工藝獲得一個用單個棱鏡無法實現的大偏轉角，并且無需諸如切割、拋光和粘結之類的機械程序。而且不用像在涂覆棱鏡法中那樣，擔心由于應用引起棱鏡的“脫皮”或電極膜的脫皮。
根據本實施例，如圖3中用一單個磁疇的原理中所示，該疇壁垂直于主表面43、44，而且由于電極3、4在整個面積上形成，故兩極之間的電力線10實際上平行于主表面43、44。結果，光束41的行進方向始終保持平行于主表面43、44而防止不必要的光束發散。
另一方面，在圖4的場合，一個電極3A形成具有與磁疇2相同形狀的圖形。這是一個光偏轉器件，其中使該折射率僅在對單磁疇晶體施加一個電壓的部分中變化，然而這里，電力線10A在電極3A的邊緣處彎曲。折射率分布因而變形，而光束42A傾向于不必要地彎曲。
圖3表示根據本實施例的電子光學器件的最佳形式的原理。通過把電極3、4覆蓋在整個器件上而得到均勻的電力線10，此外，通過選擇一種帶有一個垂直于該基片1的主表面的疇壁的磁疇，使得不同折射率之間的邊界垂直于該基片的該主表面。因此，即使光線穿過不同折射率的面積，其行進方向始終保持平行于該器件的主表面而防止不必要的光束發散。
根據本實施例，如下文所述，通過選擇LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)或KTiOPO4(KTP)作為基片1的材料而得到一種帶有一個垂直于該基片1的主表面的疇壁的磁疇。
當光束被折射時，它必須在與該光束行進方向成直角的該截面的整個面積上以相同的角度折射，所以該疇壁須在該光束橫截面的整個面積上十分平坦。
尤其是，當選擇LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)作為該基片的材料時，通過選擇該疇壁的該光束入射于其上的那一側平行于該基片的諸晶體的一個鏡面，該疇壁的平面度可以得到改善。
接下來，將作為一種根據本發明的光偏轉器的設計示例描述一種氧化鋰鈮(LiNbO3)基片的場合。
涉及到在該基片1中形成的該磁疇2的形狀，氧化鋰鈮(LiNbO3)的一個基本物理常數是針對632.8nm波長的反常光的折射率n0＝2.200。利用一個電子光學常數r33＝30.8×10-12m/V，假定該光束的波長為λ＝632.8nm并假定極化沿氧化鋰鈮(LiNbO3)自發極化的方向(C軸)。
當在電極3、4之間施加一個電場E(V/m)時該折射率變化為Δn0＝(1/2)·n03·r33×E…(1)當一個光束以入射角θ1從具有折射率n1的介質1進入具有折射率n2的介質2時，以及當從介質1到介質2的出射角為θ2時，此關系可以用斯涅耳(Snell)定律來表達sinθ1/sinθ2=n2/n1…(2)從式(2)中可以看出，當對圖1中所示的電極3、4施加一個電場，使電極3處于高電位時，基片1的折射率為n0+Δn0′而磁疇2的折射率為n0-Δn0′相對于從基片1到磁疇2的入射角θ1的折射角Δθs(圖5)為Δθs=sin-1〔{(n0-Δn0)/(n0+Δn0)}×sinθ1〕-θ1…(3)
而且，相對于從磁疇2到基片1的入射角θ1的折射角Δθd(圖5)為Δθd=sin-1〔{(n0-Δn0)/(n0+Δn0)}×sinθ1〕-θ1…(4)根據(1)、(3)、(4)，圖6A針對氧化鋰鈮(LiNbO3)表示當一個電場E＝500,000V/m施加于該器件時的Δθs和Δθd。
據此可以看出，對磁疇2的較大的入射/出射角給出較大的偏轉角，而且特別看出，一個75°以上的入射角是可取的。其中，當θ1選成85°時，偏轉角(|Δθs|+|Δθd|)大約為0.1°。
可取的是，磁疇2的其他側面盡可能平行于該光束，致使沒有光的輸入/輸出。還希望磁疇2的形狀為三角形，例如如圖5和圖7中所示。
如果沿該光束的行進方向布置大約10個這種磁疇2，則每當該光束穿過一個磁疇2該偏轉角都增加，以致最終產生一個大約1°的較大的偏轉角。圖6B表示該磁疇數與偏轉角之間的關系。
接下來將描述怎樣通過選擇該器件的出射端面6能進一步加大該偏轉角。
由于氧化鋰鈮(LiNbO3)的折射率n1為2.200而空氣的折射率n2為1，故圖8中所示的從器件內部到出射端面6的入射角θ1與從端面6到大氣的出射角θ2之間的關系，根據式(2)為如圖9中所示。
當入射角θ1設定成大到一個監界角(27°)時，該偏轉角可以顯著地增加。例如，當入射角θ1為26°，而一個入射于出射端面6上的光束的偏轉角為1°時，從該器件出射的該光束給出一個大約6°的大偏轉角。
因此，通過適當地設計磁疇2的形狀和出射端面6的角度可以制作出具有一個大偏轉角的器件40。
如圖10中所示，根據本實施例的光偏轉器40可以用作一個光學系統。此系統可以用于各種場合，例如一個激光掃描顯示裝置、激光切割機或激光打印機。
在此光學系統中，一個來自He-Ne激光器50的激光束51被反射鏡52反射，它的相位由一個1/2λ板53來調整，它被一個偏振器5A轉換成具有預定的偏振分量的光束41，此光束經一個光圈55和透鏡56照射在光偏轉器40(相當于圖8中所示的該器件)上，通過施加一個來自信號發生器57的信號電壓來偏轉該光束，于是使所偏轉的光束42掃描一個諸如屏幕之類的目標58，該信號電壓被一個放大器59放大成想要的電平，其電壓由一個電壓表60來測量。
接下來將描述制作上述光偏轉器40的某些方法。
為了制作該器件，磁疇2被形成，電極3、4被形成，端面5、6被拋光然后涂敷一個非反光覆蓋層6。下面將詳細描述這些處理中的每一個。
根據第一方法，諸磁疇2是例如通過對氧化鋰鈮(LiNbO3)基片1施加一個電場來形成的，如圖11中示意地表示的那樣。一些三角形的電極13或其他形狀的電極通過用普通石印術在氧化鋰鈮(LiNbO3)Z板1的+Z面(+C面)上覆蓋一層鋁膜而形成，而一個平坦電極14在該Z板1的-Z面(-C面)上形成。然后由信號發生器61施加一個20kV/mm以上的電場，使+Z面上的諸電極13處于比-Z面上的電極14高的電位。
由此形成一組倒磁疇2，在諸電極13的直接下方具有實際上與諸電極13相同的圖形，以致產生如圖1中所示的器件40。在此場合，在去除諸電極13之后涂敷平坦電極3，但平坦電極3也可以涂敷在諸電極13之上而不用去除它們。
一種與圖11中所示的通過施加一個外界電場來形成磁疇的方法類似的方法在山田忠廣(Tadahiro Yamada)等人的“模擬相位調整的波導SHG器件”中披露，日本電子信息及通信工程師學會會刊，C-I，Vol.J77-C-1，No5，第206～213頁(1 994)。然而，此發表的該方法涉及SHG器件，而且除非在形成諸磁疇之后去除包括倒電極在內的所有電極，光在該電極區里衰減。因而本實施例的該光偏轉器與這種類型的SHG器件的明顯不同在于，雖然形成磁疇的方法是類似的，但諸電極乃是為了改變折射率所必須的。
根據另一種形成磁疇2的方法，用一個電子束輻照該氧化鋰鈮(LiNbO3)基板1，如圖12中所示意地表示的那樣。通過在該氧化鋰鈮(LiNbO3)的Z板1的+Z面(+C面)上沉積一層Al膜而形成一個平坦電極15，而且在蝕刻之后，在室溫下用一個20kV(加速電壓)×t(t＝基片1的厚度t(mm))的電子束62掃描并輻照-Z面(-C面)上的希望在那里形成磁疇2的部分。
借此在基片1中按一種預定的圖形形成一組倒磁疇2(其中極方向與圖11的方向相反)。接著，在該基片的兩個表面上形成電極3、4，不過可能允許保留上述電極15。
一種與圖12中所示的通過電子束輻照來形成磁疇的方法類似的方法在“在實溫下用直接電子束石印法制作用于LiNbO3中的SHG的周期性倒磁疇結構”中披露，電子通信，Vol.27，No.10，第828～829頁(1991)。然而此方法也是針對SHG器件。
上述兩種磁疇形成方法對于諸如LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)或KTP之類的鐵電基片是有效的。
在其中形成磁疇2的該基片中還有由于在其形成中的變形應力引起的電場和由于注入的電荷引起的電場。這引起該基片1的折射率不均勻地變化并使該基片對該信號電場不大敏感。為了避免這種情況，該基片最好退火。把氧化鋰鈮(LiNbO3)加熱到150℃到700℃之間的一個溫度幾十分鐘，而把氧化鋰鉭(LiTaO3)加熱到高達居里點的一個溫度幾小時，最好在氧氣氣氛中(不然的話，在空氣中)。
接著，例如通過氣相沉積或濺射在該基片1的兩側形成一層諸如Al之類的導電膜，注意不要使電極3與4短路。
接著，把該基片1切割成預定的形狀，把端面5、6光學拋光，并通過氣相沉積之類在兩端面5、6上覆蓋多層介電材料，使它對于將要使用的該光束來說不反光，這樣就完成了該器件的制作。
這樣一來，一種允許快速隨機存取的，給出一個大偏轉角并提供高分辨率的光偏轉器，可以很容易地高精度地制作出來。變焦距透鏡的場合接下來將描述一個示例，其中本發明運用于一個其焦距可以根據一個電信號來變化的透鏡。
這種變焦距透鏡也利用電子光學效應。像在上述光偏轉器的場合一樣，當一個電場施加于其方向相對于該基片晶體方向顛倒180°的諸磁疇時，根據所加電場在諸磁疇間出現折光率差。
因而，如圖13中所示，一個變焦距透鏡70基本上包括一個鐵電基片1A，一組在此基片內部制作的磁疇2A，覆蓋在該基片的兩個表面43A、44A上的電極膜73、74，以及一個連接在這些電極之間的會聚/發散信號發生器77。
該基片1A的諸晶體的方向與該磁疇2A的諸晶體的方向彼此成180°，如圖1中所示。在一個光束71的傳播方向有至少兩個疇壁，帶有相對于此方向的投影面76a或塌陷表面76b，通過在處于該基片的兩個對置的主表面上的電極73、74之間施加一個電壓來使該光束71會聚或發散。
光束71入射在該器件的一個端面75上，依次穿過該基片1A和諸磁疇2A，并作為光束72從一個位于該器件對側的端面76出射。根據一個來自信號發生器77的電信號使此光束72會聚或發散。
由于基片1A與磁疇2A的晶體方向彼此成180°，故根據在電極73、74之間所施加的信號電壓在該基片1A與諸磁疇2A之間出現上述折射率差，因而使該光束相應地會聚或發散。
接下來將以一種鋰鈮基片的場合描述根據本實施例設計變焦距透鏡70的方法。
該基片的基本物理常數、電子光學效應和折射定律與針對上述光偏轉器所描述者相同。
例如，上述磁疇結構的諸透鏡2A設計成如圖14中所示。如果相對于該光束71的傳播方向在前側76a上的曲率半徑r和在后側76b上的曲率半徑r都為20μm，則一個透鏡的焦距為f＝ns·r(nd-ns)…(5)式中ns、nd分別為當施加50kV/m時該基片和諸磁疇的折射率。
把ns＝2.2-8.199×10-5nd＝2.2+8.199×10-5代入此式(5)中(波長λ＝0.633μm)，f＝大約27cm。
當如圖13中所示布置一組這種透鏡并使該光束連續地穿過它們，例如穿過N＝300個透鏡時，總系統的焦距fN為fN＝f/N…(6)＝大約0.9mm此透鏡的焦距根據該電場的量值而變化，例如當把該電場的量值設定成零時，對該光束來說所有的透鏡均消失(沒有透鏡效應)，而沒有會聚或發散。
當沿著與以上相反的方向施加一個電場時，該透鏡部分中的折射率反而變成較小的，以致該光束根據該電場的量值而發散。
因此，在根據本實施例的透鏡70中，焦距、會聚和發散可以根據該電場的方向和量值而變化，或者換句話說，可以實現一種具有可根據一個信號電場而改變的焦距的透鏡。
此變焦距透鏡70可以用與上面針對一種光偏轉器所描述者相同的方法容易地高精度地制作出來。沿2維的光束偏轉、會聚和發散上述光偏轉器和透鏡二者均沿一維產生偏轉、會聚和發散，然而在下面這個實施例中，將描述這些效應沿兩維的產生。
在第一種方法中，如圖15中所示，使用兩個器件40，即器件40A和40B，前者的輸出邊緣6A和后者的輸入邊緣5B被并列成這些器件的主表面垂直。在圖15中，上述諸磁疇示意地用諸器件中的2A、2B來用圖形表示。諸電極沒有畫出。
光束41從一個端面5A進入該器件40A，而且靠一個來自信號發生器7A的信號電壓沿一個方向Y偏轉該光束或使它會聚或發散。然后該光束從端面5B進入該器件40B，靠一個來自信號發生器7B的信號電壓沿方向X偏轉或使它會聚或發散，然后從輸出端面6B輸出到外邊。
因此，可以通過使其依次穿過兩個垂直的器件40A、40B來沿兩維X、Y處理該光束。
圖16中所示的另一種2維處理的方法是把一個用來沿X方向處理該光束的器件80A與一個用來沿Y方向處理該光束的器件80B連接(在圖16中，與該光束的行進方向一致的一組磁疇或電極沒有畫出)，使它們的主表面彼此平行。
該光束41從用來沿X方向處理該光束的器件80A的端面85A進入，被一個傾斜地光學拋光的端面86A整體地反射成垂直于該器件80A的一個主表面，從一個端面85B進入用來沿Y方向處理該光束的器件80B，被一個傾斜地光學拋光的端面87整體地反射成平行于該器件80A的主表面83A、84A并垂直于該光束在器件80A中的行進方向，在器件80B中平行于該器件80B的主表面83B、84B傳播，從而作為已經沿兩個方向X、Y被處理了的光束42從端面86B出射。
該光束的X方向和Y方向可以通過“彎曲”來互換。參見圖16，在端面85A上用符號A、B、C、D標明一個光束截面的4個角，并從這4個角跟蹤各光線，可以看到器件80A的X方向(A-D)轉換成器件80B的Y方向(A′-D′)，而器件80A的Y方向(A-B)轉換成器件80B的X方向(A′-B′)。因此，處理可由器件80A沿X方向來進行和由器件80B沿Y方向來進行。當然不言而喻，在器件80A、80B中每當該光束穿過一個磁疇就發生該偏轉。
在一個利用氧化鋰鈮極顛倒的器件中，可取的是該光束偏振方向垂直于該基片的主表面。因而希望在器件80A與80B之間插入一個1/2半波板88，以便即使在器件80B中該偏振方向也垂直于該基片的主表面。于是，該光束能被這樣偏轉，以致它垂直于該光束傳播方向并垂直于原始光束傳播方向，而且在一個垂直于該原始光束傳播方向的截面中，方向X、Y能被互換。電感應反射鏡的場合圖17和圖18表示一個示例，其中本發明運用于一個由電場來感應的反光鏡100。
一組倒磁疇2例如用上述方法在一個鋰鈮基片1上形成。此磁疇結構是一種周期性顛倒的結構，其中5個磁疇從一個端面5到另一個端面6周期性層疊(在圖18中，為了便于理解僅畫出少數幾個磁疇)。令該周期為∧。
當在電極3、4之間施加一個預定的電場，如果該周期性顛倒結構的該周期∧選成滿足關系式K＝2k·cosθ…(7)
(K＝2π/∧，k＝2n0π/λ(n0＝2.200〔λ＝0.633nm〕))式中該入射光束41的波長的λ而在一個周期性磁疇平坦表面90上的入射角為θ，則以θ角入射于端面5上的該光束被以一個-θ的出射角從該周期性磁結構反射，而得到反射光束42A。
因此，當例如該磁疇方向選成使該平坦表面90平行于該入射端面5時，僅當在電極3、4之間施加一個預定的電場時，以角θ1入射于端面5的一個光束才以角-θ1從端面6反射，而當在電極之間未施加電場時，該光束無反射地穿過該器件。
例如，當平坦表面90上的入射角為45°時，周期性磁疇結構的周期∧可設定成0.2μm。
此電感應反射鏡100可以用與上述光偏轉器相同的方法來制作。
因而該電感應反射鏡100可以用一個電場來接通和切斷，并且它可以容易地高精度地制作出來。
除了本發明的上述實施例之外，可以進行各種修改而不脫離本發明的范圍和精神。
例如，磁疇的造形、數量、排列和形成方法可以改變。具體地說，當在該基片中這樣形成諸磁疇，即至少一個疇壁基本上垂直于該基片的主表面(電極設置于其上的表面)，而一個光束穿過至少兩個疇壁(換句話說，穿過諸疇壁上至少兩點)時，本發明的目的被實現。有可能有一個磁疇，其中表面2a、2b像上述那樣設置，如圖19中所示。
在此場合，希望有至少兩個被該光束水平穿過的磁疇的疇壁，該光束在這些疇壁上的入射角是不同的。
除了上述電極13的三角形狀外，該諸電極可以是諸如四邊形或五邊形之類的多邊形，而且另一電極14也可以是多邊形。此外代替使用上述電子束輻照，諸磁疇也可以通過用帶有負電荷的帶電粒子來輻照，或者通過用帶有正電荷的帶電粒子(例如質子)來輻照自發極化的該正極表面來形成。
當形成磁疇時，如果電極的至少一個邊平行于組成該鐵電基片的晶體的一個鏡面，則極顛倒平滑地進行疇壁的該光光入射于其上的那一側平行于此鏡面，而該疇壁的平面度得到改善。
除了上述光偏轉器、透鏡和反射鏡之外，本發明的電子光學器件可以用于諸如光調制器或信號處理器之類的包含磁疇并表現出電子光學效應的各種器件。
如上所述，根據本發明，倒磁疇，其中至少兩個在一個鐵電基片內形成帶有預定的形狀的諸疇壁中至少一個大體上垂直于該基片的主表面。因此，通過經在該基片的諸主表面上形成的電極施加一個電壓，在該基片與諸倒磁疇之間造成一個折射率差。結果，一個光束在它穿過至少兩個疇壁時放大為偏轉，而通過使它穿過一組鄰接的疇壁可以使一個光束大為偏轉。
因而有可能很容易地構成一個給出大偏轉角和高分辨率的電子光學器件，例如一個光偏轉器(或光調制器)。此外，由于它與一個電壓的施加有關，它使得即使在隨機存取的情況下也可以快速連續掃描。
由于當該光束穿過一組疇壁時基于上述折射率差而得到一個大偏轉角，該光束能給出適合用于一種變焦距透鏡的大會聚或發散。在此透鏡中，靠一個電信號而不需要任何機械位移即可改變焦距，或者使該光束會聚或發散。
在反射鏡的場合，由于通過施加一個電壓造成上述折射率差而得到一個大偏轉，故可以通過接通和切斷該電壓而實現光束透射和反射，并且當該光束穿過一組磁疇時該反射效應增強。于是靠一個電信號而不需要任何機械位移即可使此反射鏡出現和消失。
此外，根據本發明的該電子光學器件，通過這樣選擇諸疇壁的形狀，使這些疇壁中的至少一個大體上垂直于該基片的上述主表面，即可以把一個光束在該器件中的傳播方向保持成平行于該主表面，因此光束在該器件中的傳播是穩定的。
本發明在不脫離它的精神或基本特征的情況可以以其他具體形式實施。因而這些實施例無論從哪一方面都應被看成說明性的而不是限定性的，本發明的范圍由所附權利要求書而不是由以上描述來指明，因而包括在該權利要求書的等效含義和范圍內的所有改動意味著將被包含在其中。
權利要求
1.一種電子光學器件，包括一個鐵電基片，一些設置于所述基片的主表面上的電極及一些在所述基片內部形成的具有預定形狀的倒磁疇，所述諸磁疇的疇壁中至少一個大體上垂直于所述基片的所述諸主表面，其中一個光束穿過所述諸疇壁中的至少兩個。
2.如權利要求1中所述的電子光學器件，包括由一個傳播光束水平穿過的對置倒磁疇的至少兩個疇壁，所述光束在這兩個疇壁的每一個上有不同的入射角，所述光束根據在設置于所述基片的兩個對置主表面上的電極之間所施加的電壓而被偏轉。
3.如權利要求1中所述的電子光學器件，其中所述疇壁以預定的周期層疊，致使所述光束以預定的角入射，而所述光束的傳播方向通過在設置于所述基片的兩個對置主表面上的電極之間施加一個電壓來改變。
4.如權利要求1中所述的電子光學器件，包括至少兩個帶有相對于該光束傳播方向的凸面或凹面的疇壁，而通過在設置于所述基片的兩個對置主表面上的電極之間施加一個電壓使所述光束會聚或發散。
5.如權利要求1中所述的電子光學器件，其中一些電極設置于所述對置主表面的大體上整個面積上，而一個光束傳播方向根據一個在這些電極之間所施加的電壓來改變。
6.如權利要求1中所述的電子光學器件，其中所述基片包含一些LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)的晶體，而諸疇壁的一側平行于所述諸晶體的一個鏡面。
7.如權利要求1中所述的電子光學器件，其中電極設置于所述基片的該兩個主表面中的每一個上，一個具有預定形狀的電極設置于所述主表面中至少一個上，而所述諸倒磁疇通過在所述兩個主表面之間施加一個電壓來形成。
8.如權利要求1中所述的電子光學器件，其中所述諸倒磁疇通過用一個電子束或用一些有負電荷的帶電粒子輻照所述基片的自發極化的該負極表面來形成。
9.如權利要求1中所述的電子光學器件，其中所述諸倒磁疇通過用一些有正電荷的帶電粒子輻照所述基片的自發極化的該正極表面來形成。
10.如權利要求7中所述的電子光學器件，其中所述主表面中至少一個上的所述電極是多邊形的，而且所述電極的至少一個邊平行于形成所述基片的諸晶體的一個鏡面。
11.如權利要求10中所述的電子光學器件，其中所述基片包含一些LiNbxTa1-xO3(其中0≤x≤1)的晶體。
12.一種電子光學單元，包括一個第一電子光學器件和一個第二電子光學器件，所述每個電子光學器件包括一個鐵電基片，一些設置于所述基片的主表面上的電極及一些在所述基片內部形成的具有預定形狀的倒磁疇，所述諸磁疇的疇壁至少一個大體上垂直于所述基片的所述諸主表面，并且一個光束穿過所述諸疇壁中的至少兩個；其中在與所述光束的傳播方向成直角的一個截面中的兩個垂直方向X、Y中，所述第一器件沿X方向處理所述光束而所述第二器件沿Y方向處理所述光束。
13.如權利要求2中所述的電子光學單元，其中所述第一器件的一個光束出射邊緣和所述第二器件的一個光束入射邊緣布置成它們是鄰接的而所述兩個器件的諸主表面相互垂直。
14.如權利要求13中所述的電子光學單元，其中所述光束沿所述X、Y方向被偏轉，而所述第一器件和所述第二器件排列成它們各自的主表面彼此平行。
15.如權利要求14中所述的電子光學單元，其中所述光束的一個偏振方向被偏轉成它垂直于所述基片的所述主表面，所述光束被偏轉成它垂直于所述光束的傳播方向并且還垂直于一個原始光束傳播方向，以及其中在與所述初始光束傳播方向成直角的一個截面中的所述X、Y方向被互換。
全文摘要
一種諸如光偏轉器之類的電子光學器件，包括一個鐵電基片，一些設置于此基片的主表面上的電極及一個在該基片內部形成的具有例如三角形的多邊形狀的倒磁疇，這些磁疇的諸疇壁中至少一個基本上垂直于該基片的諸主表面，而且一個光束穿過諸疇壁中的至少兩個，于是允許快速隨機存取、大偏轉角和高分辨率。
文檔編號G02F1/29GK1159597SQ96121750
公開日1997年9月17日 申請日期1996年11月22日 優先權日1995年11月24日
發明者山田正裕 申請人:索尼株式會社