JPS606922A - 薄膜光制御素子 - Google Patents
薄膜光制御素子Info
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- JPS606922A JPS606922A JP58114518A JP11451883A JPS606922A JP S606922 A JPS606922 A JP S606922A JP 58114518 A JP58114518 A JP 58114518A JP 11451883 A JP11451883 A JP 11451883A JP S606922 A JPS606922 A JP S606922A
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- JP
- Japan
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- thin film
- control element
- light control
- light
- electro
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/03—Devices 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
- G02F1/055—Devices 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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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、電界を加えることにより光を制御する光制御
素子に関するものである。特に高速の動作が可能な光制
御素子に関している。
素子に関するものである。特に高速の動作が可能な光制
御素子に関している。
従来例の構成とその問題点
最近の光情報処理分野の発展とともに、光学素子への種
々の要求が高１っている。特に５１人力信号に応じて高
速に制御する素子の発展が望１れている。例えば光を入
力信号に応じてＯＮ、ＯＦＦさせる光シヤツターを考え
た場合、従来機械的な動力を用、いたもの、電気光学性
パルクイ：Ａ旧を用いたもの等があった。機械的な構造
にＪ：り光をＯＮ。
々の要求が高１っている。特に５１人力信号に応じて高
速に制御する素子の発展が望１れている。例えば光を入
力信号に応じてＯＮ、ＯＦＦさせる光シヤツターを考え
た場合、従来機械的な動力を用、いたもの、電気光学性
パルクイ：Ａ旧を用いたもの等があった。機械的な構造
にＪ：り光をＯＮ。
ＯＦＦさせる素子はどうしても装置が大型になり、また
応答速度は速くてｍ、 ｓｅｃというオーダーで、最近
の高速光情報処理分野においては使用ハ輔しいと考えら
れている。捷た電気光学性パルクイＡ料を用いた光制御
素子は、例えば第１図に示す構造のものがある。電気光
学性バルク月料１１に電界を加えて光学特性を変化させ
、その部分を通過する光１５を制御するもので、第１図
ａのようにバルク１１の両端面に電極１２を設けるもの
、あるいは第１図すのようにバルクの片側表面」二に平
行対電極１２を設けるもの等の構造がある０１６は出先
光である。
応答速度は速くてｍ、 ｓｅｃというオーダーで、最近
の高速光情報処理分野においては使用ハ輔しいと考えら
れている。捷た電気光学性パルクイＡ料を用いた光制御
素子は、例えば第１図に示す構造のものがある。電気光
学性バルク月料１１に電界を加えて光学特性を変化させ
、その部分を通過する光１５を制御するもので、第１図
ａのようにバルク１１の両端面に電極１２を設けるもの
、あるいは第１図すのようにバルクの片側表面」二に平
行対電極１２を設けるもの等の構造がある０１６は出先
光である。
第１図ａの構造の素子は制御される光線は一本であるが
バルクの光学特性を一様に変化させることができるので
、効率よく光の制御が行なえる。
バルクの光学特性を一様に変化させることができるので
、効率よく光の制御が行なえる。
第１図すの構造の素子は電界による光学特性変化が効率
よくいかないが、バルク１１の表面上に電対もの電極対
を構成できるので、大面積画像の制御ができる。
よくいかないが、バルク１１の表面上に電対もの電極対
を構成できるので、大面積画像の制御ができる。
」二記構造を持つ光学素子において高速に動作を行なわ
せるには、電極対間の容量を小さくする必要がある。と
ころで電気光学性バルク材料は通常誘電率が大きい物質
であり、電極対間容量を低減させるにはかなり電極対間
隔１３を広げるが幅１４を短くするかしなければならな
い。電極対間隔１３を広げると動作電圧が大きくなり、
実用上の障害となる。幅１４を狭めるのは研摩で実現で
きるが限度は５０μｍ程度で、この位の厚さのものは扱
いに＜＜才だ厚み分布を少なくとも３０μｍは持つので
安定な素子の構成は困難である。通常、厚みは数百μｍ
以上のものが使われる。従ってこの種のバルクを用いた
素子の動作速度としては高速のもので１ｌＳｅＣのオー
ダに停止す、高速情報処理分野の要求をまだ１だ満たす
ものではない。また電気光学性バルクを用いた光制御素
子はある程度の厚み（幅１４）のため透過させる光線の
熱をきわめて多く吸収し、素子の寿命や再現性等の問題
もかかえていた。
せるには、電極対間の容量を小さくする必要がある。と
ころで電気光学性バルク材料は通常誘電率が大きい物質
であり、電極対間容量を低減させるにはかなり電極対間
隔１３を広げるが幅１４を短くするかしなければならな
い。電極対間隔１３を広げると動作電圧が大きくなり、
実用上の障害となる。幅１４を狭めるのは研摩で実現で
きるが限度は５０μｍ程度で、この位の厚さのものは扱
いに＜＜才だ厚み分布を少なくとも３０μｍは持つので
安定な素子の構成は困難である。通常、厚みは数百μｍ
以上のものが使われる。従ってこの種のバルクを用いた
素子の動作速度としては高速のもので１ｌＳｅＣのオー
ダに停止す、高速情報処理分野の要求をまだ１だ満たす
ものではない。また電気光学性バルクを用いた光制御素
子はある程度の厚み（幅１４）のため透過させる光線の
熱をきわめて多く吸収し、素子の寿命や再現性等の問題
もかかえていた。
本発明者等は、上記構造を持つ光制御素子を透明基板上
に育成された薄膜で構成することにより、音列にも良好
な動作ができるという発見に基づき薄膜光制御素子を発
明した。
に育成された薄膜で構成することにより、音列にも良好
な動作ができるという発見に基づき薄膜光制御素子を発
明した。
発明の目的
本発明は、このように従来再現性、高速性が問題とされ
てきた光制御素子においてその改善を行ない、安定で高
速動作が可能な光制御素子を提供することを目的として
いる。
てきた光制御素子においてその改善を行ない、安定で高
速動作が可能な光制御素子を提供することを目的として
いる。
発明の構成
本発明による薄膜光制御素子は、透明基板」二に育成さ
れた誘電性薄膜の表面に一対以上の電極対全配置し、上
記電極対間に電圧を加えることにより薄膜面を横切って
透過する光を制御するものである。従来用いられてきた
電気光学性バルクを使った光制御素子において、光路幅
１４を短くしていくと電極対間容量は小さくなるが、逆
に光を変化させる光路幅が短くなり充分な動作ができな
いとされてきた。本発明の薄膜光制御素子の場合、薄膜
の厚みを数十μｍ以下で均一に作ることができるので、
電極対間隔を極めて短かくしても電極対間容量を小さく
おさえることが可能で、丑だ電対間隔が短かいことから
同じ印加電圧に対しても電界強度が強いものとなる。従
って薄膜の薄いことによる光路長の不足が強い電界強度
により補われ、これまで薄膜のような薄い材料に対して
これを横切って通過する光を制御することは不可能と考
えられていた構成が、以外にも良好であることがわかっ
た。上記構成による薄膜光制御素子は、電極間容量が小
さいことから応答速度がｎ５ｌＩＣ以下のもの１で可能
となり、高速光情報処理の応用に適したものとなる。
れた誘電性薄膜の表面に一対以上の電極対全配置し、上
記電極対間に電圧を加えることにより薄膜面を横切って
透過する光を制御するものである。従来用いられてきた
電気光学性バルクを使った光制御素子において、光路幅
１４を短くしていくと電極対間容量は小さくなるが、逆
に光を変化させる光路幅が短くなり充分な動作ができな
いとされてきた。本発明の薄膜光制御素子の場合、薄膜
の厚みを数十μｍ以下で均一に作ることができるので、
電極対間隔を極めて短かくしても電極対間容量を小さく
おさえることが可能で、丑だ電対間隔が短かいことから
同じ印加電圧に対しても電界強度が強いものとなる。従
って薄膜の薄いことによる光路長の不足が強い電界強度
により補われ、これまで薄膜のような薄い材料に対して
これを横切って通過する光を制御することは不可能と考
えられていた構成が、以外にも良好であることがわかっ
た。上記構成による薄膜光制御素子は、電極間容量が小
さいことから応答速度がｎ５ｌＩＣ以下のもの１で可能
となり、高速光情報処理の応用に適したものとなる。
また本発明による薄膜光制御素子は、誘電性薄膜をたと
えばＰＬＺＴ薄膜で構成している。誘電性薄膜は電気光
学効果の大きいことが必要である。
えばＰＬＺＴ薄膜で構成している。誘電性薄膜は電気光
学効果の大きいことが必要である。
ＰＬＺＴ化合物はこの種の効果を犬きく示すことは知ら
れているが、従来光学素子として用いられてきたものは
セラミックスの形態であり、薄膜化にしたもので電気光
学効果の大きいものは得られてなかった。本発明者等は
ＰＬＺＴ化合物の薄膜化の研究を行ない、ある最適の育
成条件を選ぶと電気光学効果の大きいエピタキシャル薄
膜が得られることを発見した。このような大きな電気光
学効果を持つ薄膜を使用することで上記の薄膜光制御素
子を構成することが可能と々っだ。
れているが、従来光学素子として用いられてきたものは
セラミックスの形態であり、薄膜化にしたもので電気光
学効果の大きいものは得られてなかった。本発明者等は
ＰＬＺＴ化合物の薄膜化の研究を行ない、ある最適の育
成条件を選ぶと電気光学効果の大きいエピタキシャル薄
膜が得られることを発見した。このような大きな電気光
学効果を持つ薄膜を使用することで上記の薄膜光制御素
子を構成することが可能と々っだ。
丑たＰＬＺＴ化合物薄膜の組成としては、薄膜中の鉛（
ｐｂ）とランタン（Ｌａ）の含有モル比率が○−１４＜
ＬａＡａ十ｐｂ ＜ ０．４の範囲にあるととくに有
効であることを確認した。
ｐｂ）とランタン（Ｌａ）の含有モル比率が○−１４＜
ＬａＡａ十ｐｂ ＜ ０．４の範囲にあるととくに有
効であることを確認した。
すなわち第２図において電気光学効果の組成による変化
全曲線２１に示す。同図から領域２２に示す組成範囲で
大きな電気光学効果が得られ、上記組成範囲の薄膜で優
れた素子が構成されることがわかる。なお、ＰＬＺＴに
はバルクとしてセラミックス４Ｊ料があるが、これらの
セラミックスでは本発明にかかる組成ではこの種の大き
い電気光学効果は期待されてない領域である。本発明の
組成の薄膜が大きい電気光学効果を持つ理由は明らかで
ないが、多分薄膜形成時の材料合成プロセスが関係して
いると考えられている。
全曲線２１に示す。同図から領域２２に示す組成範囲で
大きな電気光学効果が得られ、上記組成範囲の薄膜で優
れた素子が構成されることがわかる。なお、ＰＬＺＴに
はバルクとしてセラミックス４Ｊ料があるが、これらの
セラミックスでは本発明にかかる組成ではこの種の大き
い電気光学効果は期待されてない領域である。本発明の
組成の薄膜が大きい電気光学効果を持つ理由は明らかで
ないが、多分薄膜形成時の材料合成プロセスが関係して
いると考えられている。
実施例の説明
以下実施例により、本発明にかかる薄膜光制御素子の説
明を行なう。
明を行なう。
実施例１
第３図は本発明の一実施例にかかる薄膜光制御素子を用
いた画像変調器である。サファイア基板３１の」二に育
成された厚さ３０μｍのＰＬＺＴ薄膜３２上に２ｏμｍ
間隔の櫛型対向電極３３ 、３３’を付けて素子を形成
する。ＰＬＺＴの組成は電気光学効果の太きい（Ｌａ、
／Ｌａ十Ｐｂ ）−０，２８ｆ用いている。薄膜面と垂
直に任意の画像パターン３４を持つコヒーレント光を入
射させ、対向電極３３゜３３′間に電圧全灯えると、電
圧の大きさに応じて出カバターン３５’（ｉ−変調させ
ることが可能である。
いた画像変調器である。サファイア基板３１の」二に育
成された厚さ３０μｍのＰＬＺＴ薄膜３２上に２ｏμｍ
間隔の櫛型対向電極３３ 、３３’を付けて素子を形成
する。ＰＬＺＴの組成は電気光学効果の太きい（Ｌａ、
／Ｌａ十Ｐｂ ）−０，２８ｆ用いている。薄膜面と垂
直に任意の画像パターン３４を持つコヒーレント光を入
射させ、対向電極３３゜３３′間に電圧全灯えると、電
圧の大きさに応じて出カバターン３５’（ｉ−変調させ
ることが可能である。
上記構成によると＋、 １ ’８ ＱＯ変調電圧は１０
０Ｖ。
０Ｖ。
応答速度は数ｎ５ｃＣという高速画像変調器が構成でき
た。
た。
実施例２
第４図は本発明の薄膜光制御素子で光シヤツター全構成
したものである。実施例１の構成の素子の入射側と出射
側にそれぞれ偏光子３４と検光子３５を直交ニコルに配
置して構成される。ランダムな光線４１は偏光子３４を
通って直線偏光され、制御素子の電界印加状態により０
°変調あるいは１８♂変調の状態をとるように設定され
ている。
したものである。実施例１の構成の素子の入射側と出射
側にそれぞれ偏光子３４と検光子３５を直交ニコルに配
置して構成される。ランダムな光線４１は偏光子３４を
通って直線偏光され、制御素子の電界印加状態により０
°変調あるいは１８♂変調の状態をとるように設定され
ている。
従って検光子を通る出力光４２の状態はｄ変調のとき暗
く１８００変調のとき明るい。すなわち電圧１００■の
印加によりＯＮ、ＯＦＦする高速光シャッターが構成で
きた。
く１８００変調のとき明るい。すなわち電圧１００■の
印加によりＯＮ、ＯＦＦする高速光シャッターが構成で
きた。
実施例３
実施例２に示す高速光シャッターの特性を使うと論理演
算素子を作ることができる。第５図ａはＯＲ演算素子を
構成したものである。この素子は第５図すに示す断面図
かられかるように、サファイア基板３１の両側にＰＬＺ
Ｔ薄膜３２を育成して電極対３３，３３′を付けたもの
で、上記の簡素で小型な構ｉ告で動作を行なわせること
ができる。
算素子を作ることができる。第５図ａはＯＲ演算素子を
構成したものである。この素子は第５図すに示す断面図
かられかるように、サファイア基板３１の両側にＰＬＺ
Ｔ薄膜３２を育成して電極対３３，３３′を付けたもの
で、上記の簡素で小型な構ｉ告で動作を行なわせること
ができる。
一つの素子の変調度は、電界印加により９００になるよ
うに設定しである。すなわち、片側の電圧入力に対して
は９００変調することにより入力光４２は明るくなる。
うに設定しである。すなわち、片側の電圧入力に対して
は９００変調することにより入力光４２は明るくなる。
両側の電圧入力に対しては１８００変調によりやはり明
るく、両側の電圧入力がないときのみ出力光はでない。
るく、両側の電圧入力がないときのみ出力光はでない。
従って２人力の少なくとも一方に信号が入った時に光が
出力するというＯＲ演算が行なわれる。この他にＡＮＤ
、ＮＡＮＤ。
出力するというＯＲ演算が行なわれる。この他にＡＮＤ
、ＮＡＮＤ。
ＮＯＲ回路等も偏５Ｔｈ板と素子の組み合わせて構成す
ることができる。
ることができる。
発明の効果
以−にのように、本発明は誘電性薄膜を横切って透過す
る光を、薄膜上の電極からの電界で制御することにより
、従来のものより高速で小型の光制御素子を実現したも
ので、本発明の工業的価値は高い０
る光を、薄膜上の電極からの電界で制御することにより
、従来のものより高速で小型の光制御素子を実現したも
ので、本発明の工業的価値は高い０
第１図ａ、ｂは従来例の光制御素子の概略図、第２図は
電気光学効果とＰＬＺＴ薄膜の組成の関係を示すグラフ
、第３図は本発明の一実施例における薄膜画像変調器の
概略図、第４図は本発明の他の実施例における薄膜光シ
ャッターの構成図、第５図ａは本発明の他の実施例にお
ける薄膜光演算素子を示す図、第６図すは同ａの素子基
板の断面図である。 ２１・・・・薄膜の組成と電気光学効果の関係を示す曲
線、２２・・・・・・電気光学効果の大きい組成領域、
３１・・・・サファイア基板、３２・・・・・ＰＬＺＴ
薄膜、３３．３３’・・・・・・平行電極、３４・・・
・・入射光パターン、３５・・・・・・透過光パターン
、４１・・・・・入力元、４２・・・・・出力光。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （θ、） 第２図 １６ ＸＩＯ（ｎｔ７ｖ）２ ０ ０、Ｉ Ｏ，２０，３０，４０，５簿腰の Ｌシ
比 Ｌｏ−士Ｐｂ 第３図 ２ 第５図 （α）
電気光学効果とＰＬＺＴ薄膜の組成の関係を示すグラフ
、第３図は本発明の一実施例における薄膜画像変調器の
概略図、第４図は本発明の他の実施例における薄膜光シ
ャッターの構成図、第５図ａは本発明の他の実施例にお
ける薄膜光演算素子を示す図、第６図すは同ａの素子基
板の断面図である。 ２１・・・・薄膜の組成と電気光学効果の関係を示す曲
線、２２・・・・・・電気光学効果の大きい組成領域、
３１・・・・サファイア基板、３２・・・・・ＰＬＺＴ
薄膜、３３．３３’・・・・・・平行電極、３４・・・
・・入射光パターン、３５・・・・・・透過光パターン
、４１・・・・・入力元、４２・・・・・出力光。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （θ、） 第２図 １６ ＸＩＯ（ｎｔ７ｖ）２ ０ ０、Ｉ Ｏ，２０，３０，４０，５簿腰の Ｌシ
比 Ｌｏ−士Ｐｂ 第３図 ２ 第５図 （α）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）透明基板」二に育成された誘電性薄膜の表面に一
対以上の電極対を配置し、上記電極対間に電圧を加える
ことにより、薄膜面を横切って透過する光を制御するこ
とを特徴とする薄膜光制御素子。 翰）誘電性薄膜がＰＬＺＴ化合物薄膜よりなることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜光制御素子。 （３）ＰＬＺＴ化合物薄膜において、薄膜中の鉛（ｐｂ
）とランタン（Ｌａ ）の含有モル比率が０・１４ ＜
”’／Ｌａ＋Ｐｂ （０，４の範囲にあることを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜光制御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58114518A JPS606922A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 薄膜光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58114518A JPS606922A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 薄膜光制御素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS606922A true JPS606922A (ja) | 1985-01-14 |
Family
ID=14639754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58114518A Pending JPS606922A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 薄膜光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS606922A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6178018B1 (en) | 1999-06-25 | 2001-01-23 | International Business Machines Corporation | Process and method employing dynamic holographic display medium |
| JP2006113475A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Ricoh Co Ltd | 光スイッチ、およびそれを用いたプリンター |
| WO2009066728A1 (ja) * | 2007-11-20 | 2009-05-28 | Rohm Co., Ltd. | 光制御装置、半導体ウェハ及び光制御システム |
-
1983
- 1983-06-24 JP JP58114518A patent/JPS606922A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6178018B1 (en) | 1999-06-25 | 2001-01-23 | International Business Machines Corporation | Process and method employing dynamic holographic display medium |
| JP2006113475A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Ricoh Co Ltd | 光スイッチ、およびそれを用いたプリンター |
| WO2009066728A1 (ja) * | 2007-11-20 | 2009-05-28 | Rohm Co., Ltd. | 光制御装置、半導体ウェハ及び光制御システム |
| US8154786B2 (en) | 2007-11-20 | 2012-04-10 | Rohm Co., Ltd. | Light control device, semiconductor wafer, and light control system |
| JP5258786B2 (ja) * | 2007-11-20 | 2013-08-07 | ローム株式会社 | 光制御装置及び光制御システム |
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