JPH0422483B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、真空容器中に形成した電子源に対向
して、電気光学結晶を配置し、電子源から放出さ
れる電子を前記結晶表面に蓄積し、前記結晶に前
記蓄積電荷に対応する屈折率の変化を発生させ、
その屈折率変化をレーザで読み出す空間光変調管
に関し、特にそのような空間光変調管の解像度を
向上させるための電気光学結晶部の改良に関す
る。

（従来の技術） まず、空間光変調管の基本的な構成をその動作
とともに簡単に説明する。

第４図は、空間光変調管の基本的な構成を示し
た概略図である。

空間光変調管のガラス容器３の内面の光電面４
にインコヒーレント光で照明された入力パターン
１からの像がレンズ２を介して入射させられる。
このとき、光電面４は入射像に対応した光電子を
放出する。その光電子は加速・集束電子レンズ系
５を介して、マイクロチヤンネルプレート６に入
射させられ、数千倍に増倍される。

この増倍された電子は、裏面に透明電極８ａが
形成されているLiNbO₃などの電気光学結晶８の
表面に蓄積され、この結晶８の屈折率を電荷像に
対応して変化させる。

レーザ光源１０からのレーザ光をハーフミラー
９を介して電気光学結晶８に照射すると、レーザ
光の像１１（コヒーレント像）が得られる。この
レーザ光の像１１は、コヒーレント並列光演算を
行うことができる。

第５図は、電気光学結晶板の厚さと電界の関係
を説明するための図である。

このような構成の空間光変調管において、結晶
表面に微少な点電荷Ｐが帯電した時、電気光学結
晶８の厚さが比較的厚い場合には、第５図Ａのよ
うに、その電荷による電界はδ₁で示すように広く
拡がる。

これに対して、その結晶８の厚さが比較的薄い
場合には、第５図Ｂのように、その電荷による電
界はδ₂で示すように拡がりが小さくなる。

この電界は、電気光学結晶８の屈折率を変化さ
せ、レーザ１０からの光を変調するから、取り出
されるコヒーレント像は、この結晶８が薄い方が
解像度が良くなることは容易に理解できる。

ここで、電気光学結晶８を平面度λ／10で、平
行度５秒以下の条件を保つたままで、できる限り
薄く研磨し、空間光変調管へ組み込んだ場合の解
像度を求めてみる。

例えば、直径25mm、厚さ0.3mmの55°カツト
LiNbO₃単結晶板を用いると、空間光変調管の解
像度は、 ３ラインペア／mm（50％変調度） であつた。

このような空間光変調管に使用される電気光学
結晶８は、比較的大面積のウエハが得やすい結晶
であつて、半波長電圧が低く、かつ光導電性がな
いうえさらに光電面を作成する際に比較的高い温
度でベーキングしても変質しない結晶であるとい
う条件を満たすことが望ましい。この条件を踏ま
えて55°カツトLiNbO₃単結晶板が多用されてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の空間光変調管の解像度では、コヒーレン
ト並列光演算を行うには不十分であり、この解像
度を向上させるためには電気光学結晶８をさらに
薄くする必要がある。

しかし、LiNbO₃結晶を前述の厚さよりさらに
薄くすると、結晶が反つてしまい、使用すること
ができないという問題点があつた。

本発明の目的は、結晶基板上に設けられた極め
て薄い電気光学結晶板の電気光学特性のみを用い
ることにより、解像度の優れた空間光変調管を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明による空間
光変調管は、真空容器中に形成された電子源と、
その電子源から放出された電子を蓄積し、光学的
変化を生ずる電気光学結晶部とからなる空間光変
調管において、前記電気光学結晶部は、２枚の同
種類の厚さの異なる電気光学結晶板を透明導電膜
を介して接着一体化し、前記薄い結晶板表面を前
記電子源に対向するように配置すると共に前記厚
い結晶板表面に対向して略同じ厚さの電気光学結
晶板を屈折率楕円体が対称となるように配置して
構成されている。

前記構成によれば本発明の目的は完全に達成で
きる。

（実施例） 以下、図面等を参照して、実施例につき本発明
を詳細に説明する。

第１図は、本発明による空間光変調管に使用す
る電気光学結晶部の実施例を示した概略図であつ
て、同図Ａは第１の実施例、同図Ｂは第２の実施
例を示した図である。

第１の実施例では、極めて薄い電気光学結晶板
を得るために、結晶基板３１，３２を密着接合し
たものに、比較的厚い単結晶板３３を接着したの
ち、その結晶板３３を薄く研磨する例が示されて
いる。

結晶基板３１，３２は、直径25mm、厚さ５mmの
55°カツトLiNbO₃結晶板である。

まず、結晶基板３１の一方の面３１ａと他方の
面３１ｂ、結晶基板３２の一方の面３２ａと他方
の面３２ｂをそれぞれ平行度を５秒以内で、かつ
平面度をλ／10程度に保つて鏡面研磨する。その
後、結晶基板３１は前記他方の面３１ｂに透明導
電膜ITOを一様に蒸着する。

一方、単結晶板３３は直径20mm、厚さ２mmの
55°カツトLiNbO₃結晶板であつて、この単結晶板
３３の一方の面３３ａの平面度をλ／10に研磨す
る。

そして、結晶基板３１と３２を、屈折率楕円体
が接着面に対して対称となるように、透明接着剤
３４で接着固定する。透明接着剤３４としては、
エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤等を用いる
ことができる。このように、結晶基板を２枚用い
る理由は後述する。

つぎに、単結晶板３３の一方の面３３ａは、結
晶基板３１の透明導電膜ITOを蒸着した面に接着
固定される。

さらに、結晶基板３２の一方の面３２ａを研磨
治具に固定し、単結晶板３３の他方の面３３ｂの
を研磨する。そして、単結晶板３３の厚さｄを
50μm程度になるまで薄くし、前記他方の面３３
ｂの平面度をλ／10程度にし、単結晶板３３の一
方の面３３ａと他方の面３３ｂの平行度が数秒以
内になるように磨く。

このようにして得られた電気光学結晶部は、平
面原器、オートコリメータで測定され、所望の平
面度、平行度が得られていることが確認された
後、単結晶板の他方の面３３ｂに誘電体ミラーが
形成され、空間光変調管に組み込まれる。透明導
電膜ITOは従来の場合と同様に電極として使用さ
れる。

前述の構成から成る空間光変調管の解像度を測
定したところ、 15ラインペア／mm（50％変調度） が得られ、解像度が従来の５倍程度に向上したも
のになり、コヒーレント光情報処理に有効に使用
できる値になつた。

また、空間光変調管はガス抜や光電面の形成の
ため200℃以上の高温にベーキングするが、本発
明に用いられる電気光学結晶部は、同一材料同志
を接着してあるから、熱膨張率の違いによる割れ
やはがれなどの問題は全くなかつた。

さらに、55°カツトLiNbO₃結晶板のように自然
複屈折を持つ場合には、結晶基板３２の一方の面
３２ａにも透明導電膜を蒸着して、面３１ｂと面
３２ａ間に適当な電圧を与えることにより、単結
晶板３３上に電荷がない時に生ずる位相変化分を
補償できる。

以上の第１の実施例では、結晶３３を接着後薄
く研磨加工した例を示したが、第２の実施例では
第１図Ｂに示すように以下のようにすることもで
きる。

すなわち、直径20mm、厚さ50〜100μmの55°カ
ツトLiNbO₃単結晶板３５を、その２つの面３５
ａ，３５ｂが平行かつ平面度λ／10程度に研磨す
る。

この時、このような薄い結晶が研磨治具から取
りはずすと結晶は反つてしまうが、これを基板と
なる単結晶板３１に注意深く接着することによ
り、研磨直後の平面度、平行度を再現できる。

つぎに、結晶基板３１，３２を、屈折率楕円体
が対称となるように配置する理由を説明する。

55°カツトLiNbO₃ウエハは、第２図Ａに示すよ
うに、ウエハ面の法線Ｎに対して屈折率楕円体が
傾いている。そのため、同図Ｂのように光Ｉを入
射させると、異常光線が角度θだけ傾いた方向に
進む。

55°カツトLiNbO₃結晶板ではθ＝2.2°なので、
基板結晶厚が10mmとすると出射時には常光線ｏと
異常光線ｅが0.4mmもずれる。そのため２つの光
波（ｏとｅ）が薄い結晶内の異なる場所で変調さ
れることになり、解像度の向上は望めない。従来
は、結晶厚が300μm程度であり、常光線ｏと異常
光線ｅのずれは10μm程度で影響がなかつた。

そのため、第３図に示すように、結晶基板３１
と３２を屈折率楕円体が対称となるように配置す
ることにより、常光線ｏと異常光線ｅが結晶３３
への入射時と出射時（面３２ａ）で一致し、上述
の問題は回避できる。

実際には、結晶法線のまわりに180°回転させて
接着するか、ウエハ面内でｘ軸と直角な軸のまわ
りに180°回転させて接着すればよい。なお、２枚
の結晶板は、屈折率楕円体が対称に配置されてい
ればよいので、必ずしも接着されることを要しな
い。

上記実施例では、電子源として光電面の場合を
示したが、電子銃を電子源として書込みを行う形
式の場合も、本発明は同様に適用できる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明によれば、
研磨加工された薄い部分のみの電気光学特性を利
用できるので、空間光変調管の解像度を大幅に向
上できる。

また、電気光学結晶部は同一の材料同志の接着
なので、結晶の割れ、はがれ、そりなどの問題も
全くなくなつた。さらに、自然複屈折を有するた
めの欠点も除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による空間光変調管に使用す
る電気光学結晶部の実施例を示した概略図であつ
て、同図Ａは第１の実施例、同図Ｂは第２の実施
例を示した図である。第２図は、55°カツト
LiNbO₃ウエハにおける屈折率楕円体と、常光
線、異常光線の分離状態を説明するための図であ
る。第３図は、本発明による空間光変調管に使用
する電気光学結晶部の常光線と異常光線の光路を
示した図である。第４図は、空間光変調管の基本
的な構成を示した概略図である。第５図は、電気
光学結晶板の厚さと電界の関係を説明するための
図である。 １……入力パターン、２……レンズ、３……ガ
ラス容器、４……光電面、５……加速・集束電子
レンズ系、６……マイクロチヤンネルプレート、
８……電気光学結晶、９……ハーフミラー、１０
……レーザ光源、１１……レーザ光の像、３１，
３２……結晶基板、３３，３５……単結晶板、３
４……透明接着剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空容器中に形成された電子源と、その電子
   源から放出された電子を蓄積し、光学的変化を生
   ずる電気光学結晶部とからなる空間光変調管にお
   いて、前記電気光学結晶部は、２枚の同種類の厚
   さの異なる電気光学結晶板を透明導電膜を介して
   接着一体化し、前記薄い結晶板表面を前記電子源
   に対向するように配置すると共に前記厚い結晶板
   表面に対向して略同じ厚さの電気光学結晶板を屈
   折率楕円体が対称となるように配置して構成した
   ことを特徴とする空間光変調管。 ２ 前記厚い結晶板とその結晶と屈折率楕円体が
   対称に配置された電気光学結晶板は、一体に接着
   された特許請求の範囲第１項記載の空間光変調
   管。 ３ 前記薄い結晶板は、前記厚い結晶板に比較的
   厚い結晶板を接着したのち薄く研摩する特許請求
   の範囲第１項記載の空間光変調管。 ４ 前記薄い結晶板は、薄く研摩したものを前記
   厚い結晶板に接着する特許請求の範囲第１項記載
   の空間光変調管。