CN102483529B - 电光元件 - Google Patents

Abstract

一种电光元件，包括：由电光材料制成的核心层；包覆结构，布置在核心层的相对侧的每一个上并且配置为与核心层一起形成光波导；以及一对电极层，一个电极层布置在包覆结构的一侧上，并且另一个电极层布置在包覆结构的另一侧上。包覆结构包括第一包覆层和第二层。第二包覆层的介电常数大于第一包覆层的介电常数，并且第二包覆层的厚度大于第一包覆层的厚度。

Description

电光元件

技术领域

本发明涉及电光元件的改进，更具体地涉及光波导类型的电光元件。

背景技术

电光元件已知为使用电光效应的光学元件。电光元件用于光强调节器、Q开关元件、光束扫描器等，这是因为电光元件具有对于电场的改变快速响应的属性。

通常电光效应意味着如下物理现象：当向通过光的对象施加电场时，其折射系数改变。此外，折射系数与电场强度成比例地改变的效应被称为泡克耳斯(Pockels)效应。由下面的方程式(1)给出折射系数的改变量。

Δn∝r_ij ×V/d···(1)

其中r_ij是电光常数(Pockels常数)，V是施加的电压，并且d是施加电压的电极之间的间隔。

由电光效应引起的折射系数的改变量相对小，例如，如果使用通常作为电光材料的铌酸锂，必须向电光晶体(EO晶体)施加大约6kV/mm的大电场，从而给出大约Δn＝0.001的折射系数的变化。实际上，要求电光元件可以在低电压操作，并且具有包含宽频带的好的响应特性。从方程式(1)很清楚，电极之间的间隔d被有效地设置为小的值以通过低电压获取大的折射系数变化。

另一方面，作为在电光材料中形成光波导的典型例子，已知有通过杂质扩散形成光波导的技术，其中钛(titan)在铌酸锂等的电光材料中局部扩散，并且仅钛扩散区域的折射系数增加，由此形成光波导。在光波导结构中，与电光晶体的表面上由杂质扩散形成的光波导区域相邻设置电极。

作为在电光材料中形成光波导的另一个例子，已知有一种形成光波导的技术，其中通过抛光等使得电光晶体变薄，并且在基板的上表面和下表面上提供电极层作为核心层，该核心层由变薄的电光晶体形成，由此形成光波导。在这种情况下，施加电场的方向垂直于电光晶体的基板的上表面和下表面。在电光元件中形成光波导的技术中，因为能够形成光波导结构同时保持电光效应的特性，该特性是电光晶体的固有特性，因此可以提供对低压操作有效的电光元件。

在这样的薄膜型电光元件中，必须在薄基板和每个电极之间提供透明材料作为包覆层从而在限制薄膜的电光晶体基板中的光的情况下传播波导光，该薄膜用作波导的核心层，该透明材料的折射系数比核心层的折射系数更低。可以使用介电材料例如SiO₂作为形成包覆层的典型包覆材料。

如果将电压施加至由核心层和包覆层形成的光波导，通过下面的方程式(2)获得施加至核心层的电压。

V_co＝V/[1+(d_cl/d_co·ε_co/ε_cl)]···(2)

其中V是施加至光波导的电压，V_co是施加至核心层的电压，d_co是核心层的厚度，d_cl是每个包覆层的厚度，ε_C0是核心层的介电常数，并且ε_cl是每个包覆层的介电常数。

从方程式(2)中很清楚，当提供包覆层时，因为方程式(2)的右侧的分母大于1，因此施加至电光晶体基板本身的电压，即施加至核心层的电压V_co变成低的值。

例如，在光波导类型电光元件中，其中由铌酸锂制成的薄膜形成了核心层并且每个包覆层由SiO₂形成，如果核心层的厚度是10微米并且每个包覆层的厚度是1微米，则施加至电光晶体本身(电光材料的铌酸锂)的电压仅为大约对应于施加至整个电光元件的电压的0.4倍，并且由此电光元件本身具有高的操作电压。

结果，为了向电光材料施加高电压，必须减少每个包覆层的厚度。例如，如果每个包覆层变薄为大约0.2微米，则施加至电光材料的电压大约为施加至电光元件的电压的0.8倍。如果考虑降低操作电压，这是实际的。以这种方式，在现有光波导类型电光元件中，如果可能的话，薄的包覆层对于低电压驱动是有效的(参考日本专利申请公开No.2009-080378，其在此参考作为专利文献1)。

在专利文献1中，公开了以下结构：电光元件包括核心层和包覆层，核心层由强介电材料制成并且具有硅基板，包覆层包括薄膜，每个薄膜都具有高介电常数以约束包覆层中的电压降，还公开了制造包覆层的方法。

在专利文献1公开的技术中，因为每个包覆层都具有薄的厚度，因此当向电光元件施加高电场时，存在包覆层中发生绝缘击穿的问题。换句话说，当通过将高强度电场的电压施加至电光元件来操作该电光元件时，存在发生绝缘击穿的问题。如果电压施加至电光元件，施加至包覆层的电场强度由下面的方程式(3)给出。

E_cl＝ε_co/ε_cl·E_co···(3)

其中E_cl是施加至每个包覆层的电场强度，并且E_co是施加至核心层的电场强度。

在电光元件中，其中如果核心层是由作为一个电光材料的铌酸锂制成的薄膜形成，并且每个包覆层由SiO₂制成，例如，ε_C0/ε_cl大约为7，则向包覆层施加的电场比电光元件的电场高7倍。作为例子，在电光元件中，其中核心层是由厚度为10微米并由铌酸锂制成的核心层，并且100V的电压施加至电光元件，则施加至核心层的电场强度是10kV/mm并且70kV/mm的高电场施加至包覆层。

因为在通用的硅玻璃中的绝缘击穿的电压大约是40kV/mm，因此很有可能在包覆层中发生绝缘击穿。如果在包覆层中发生绝缘击穿，则电光元件将经受如下所述的不利影响。

首先，考虑绝缘击穿不在包覆层的整个区域内同时发生，而只在包覆层的部分区域局部发生，这是由于形成膜时的每个包覆层的膜的厚度分布、膜的表面粗糙度、膜和核心层之间的粘合等原因。

当绝缘击穿发生时，因为作为主要绝缘体的每个包覆层被用作导体，因此如果在包覆层内发生小的绝缘击穿，那么可以考虑在发生绝缘击穿时执行与在电极上提供一个或多个小突起的情况下的相同的操作。

已知电场集中在小突起上。由此，可能在电光材料制成的核心层内发生绝缘击穿。即使在核心层内没有发生绝缘击穿，在包覆层内仍可形成导电区域，并且由此可能来自电极的电荷通过导电区域注入核心层。

即使在电光材料的核心层中局部发生绝缘击穿并且电荷通过包覆层注入核心层的情况下，电荷仍不规则地注入电光材料的核心层。当发生电荷注入时，通过电荷注入破坏了核心层中形成的电场。结果，当操作电光元件时，通过局部电荷注入在核心层中形成不均匀的电场强度。

当操作电光元件时，重要的是在核心层中均匀地形成电场。特别地，如果光波导内的电场不均匀，则由电场引起的折射率的改变量对于光波导的每个区域是不同的。结果，在光波导中传播的光束的形状显著变形。

特别地，在板式(slab)光波导中，其中光波导没有限定横向限定电荷的结构，明显地出现由不均匀的电场引起的光束变形。如果电光元件被用作调制器，则光束的变形导致消光比减小，并且如果电光元件被用作扫描器，则光束的变形导致所发射的光束的形状恶化和由用于光束的扫描器解析得到的图像剖析分数(image dissection score)的减小。

以这种方式，现有的包覆层中存在如下问题：通过光波导的光束的光束形状变形，并且由此电光元件的性能恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电光元件，其能够约束电荷注入电光元件的核心层的电光材料中，并且防止在电光元件中传输的光束的光束形状变形。

为了实现上述目的，根据本发明的实施例的电光元件包括：由电光材料制成的核心层；包覆结构，被布置在核心层的相对侧的每一个上并且被配置为与核心层一起形成光波导；以及一对电极层，其中一个电极层被布置在包覆结构的一侧，并且另一个电极层被布置在包覆结构的另一侧。

包覆结构包括第一包覆层和第二包覆层。第二包覆层的介电常数大于第一包覆层的介电常数，并且第二包覆层的厚度大于第一包覆层的厚度。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施例的电光元件的截面图。

图2是表示本发明的第二实施例的电光元件的截面图。

图3A是表示本发明的第三实施例的电光元件的截面图。

图3B是表示本发明的第三实施例的电光元件的截面图。

图4是表示本发明的第四实施例的电光元件的截面图。

图5是表示现有电光元件的截面图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的优选实施例。

<第一实施例>

图1示出根据本发明的第一实施例的电光元件。

如图1所示的电光元件1包括光波导2。光波导2包括由作为电光材料的电光晶体制成的核心层4。在核心层4的相对侧的每一个上布置包覆结构。在核心层4的一侧上布置的一个包覆结构包括在一侧(例如核心层4的下表面4a)上设置的第一包覆层5a和在第一包覆层5a的下表面上设置的第二包覆层6a。另一方面，在核心层4的另一侧上布置的另一包覆结构包括在另一侧(即核心层4的上表面4b)上设置的第一包覆层5b和在第一包覆层5b的上表面上设置的第二包覆层6b。

光波导2由构成电光元件1的核心(core)的核心层4、在核心层4的两侧分别设置的第一包覆层5a和5b、以及在第一包覆层5a和5b上分别设置的第二包覆层6a和6b形成。在核心层4上设置第一包覆层5a和5b之后，在第一包覆层5a和5b上设置第二包覆层6a和6b。

设置一对第一电极层7a和7b。更具体地，例如，在第二包覆层6a的下表面上设置第一电极层(下电极层)7a，并且在第二包覆层6b的上表面上设置第一电极层(上电极层)7b。结果，通过第一包覆层5a、5b和第二包覆层6a、6b在一对相对的第一电极层7a和7b之间布置核心层4。

在核心层4上顺序设置第一包覆层5a和5b、第二包覆层6a和6b、以及第一电极层7a和7b。

可以通过任何工艺，例如印刷、气相沉积等执行第一包覆层5a和5b、第二包覆层6a和6b、以及第一电极层7a和7b的设置。

在具有如上结构的电光元件中，当电压V施加至第一电极层7a和7b时，改变核心层4的折射系数。

例如，核心层4具有几百纳米至几十微米的厚度。在核心层4的表面上顺序设置第一和第二包覆层5a(5b)和第二包覆层6a(6b)的原因是将传导的光有效地封闭在核心层4内来传送所传导的光。

第一包覆层5a、5b和第二包覆层6a、6b是介电体，其分别具有彼此不同的介电常数。例如，第二包覆层6a(6b)的介电常数大于第一包覆层5a(5b)的介电常数。此外，至少第一包覆层5a(5b)中的每一个被设置为折射系数低于核心层4的折射系数。此外，第二包覆层6a(6b)的每一个被设置为厚度大于第一包覆层5a(5b)的每一个的厚度。

优选地使用非线性光学晶体，例如铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)、KTP(KTiOPO₄)、SBN和KTN，用于制成核心层4的电光材料。

在这些光学晶体被粘合到支撑基板(未显示)之后，当它们被抛光时，可能获得薄的电光元件，同时保持光学晶体的特性。另一方面，对于制成包覆层5a、5b和6a、6b的材料，可能使用介电材料，例如二氧化硅(SiO₂)、氧化钽(Ta₂O₅)、氧化钛(TiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化铪(HfO₂)等，或者介电材料和玻璃的混合材料。优选地使用金属材料，例如Au、Pt、Ti、Al、Ni、Cr等，或者透明材料，例如ITO(铟锡氧化物)等。

这里，参考对光波导施加电压的情况，其中在由电光晶体制成的核心层上设置一个包覆层作为通用的光波导结构。

图5示出了通用光波导结构的例子。在图5中，附图标记10示出了电光元件。电光元件10包括光波导12。光波导12具有由作为电光材料的电光晶体制成的核心层14。在核心层4的下表面14a上设置包覆层15a，并且在包覆层15a的下表面上设置电极层17a。在核心层4的上表面14b上设置包覆层15b，并且在包覆层15b的上表面上设置电极层17b。

为了有效地限定光波导12中的传导的光，优选地使用具有尽可能小的折射系数的材料作为制成包覆层15a的材料。然而，制成包覆层15a的材料通常具有小的介电常数。因为电光晶体通常具有大的介电常数，因此核心层14的介电常数ε_C0与包覆层15a的介电常数ε_cl的比率ε_C0/ε_cl变成大的值。

结果，当向电光元件10施加电压时，为了约束包覆层15a的电压降并使得施加至核心层14的电压V_C0向施加至光波导12的电压V靠近，包覆层15a的厚度d_cl与核心层14的厚度d_C0的比率d_cl/d_C0被设置为小，如前述方程式(2)中清楚可见。换句话说，要求包覆层15a的厚度比核心层14的厚度薄。

在光波导类型电光元件10的情况下，其中例如核心层14由铌酸锂制成的薄膜形成并且包覆层15a由SiO₂制成，如果包覆层15a的厚度被变薄至0.2微米，则施加至由铌酸锂制成的薄膜形成的核心层14的电压V_C0被约束为施加至电光元件10的电压V的0.8倍的程度的值。

然而，当包覆层15a和15b非常薄时，电压V的施加使得能够将电荷从电极层17a和17b通过包覆层15a和15b注入电光晶体或核心层14。如果电荷被注入电光晶体，则存在电光晶体中形成的电场中发生紊流分布(turbulent distribution)的问题，并且由此在光波导12中的传输的光束的形状发生变形。由此，要求当将电压施加至电光元件10时约束电荷注入电光晶体。

为了满足该要求，根据本发明的第一实施例具有如下结构：包括第一包覆层5a和5b以及第二包覆层6a和6b，对于第二包覆层6a和6b使用具有高介电常数的材料，并且将第二包覆层6a和6b布置在具有低介电常数的第一包覆层5a和5b之外。因为第二包覆层6a和6b具有高介电常数，即使其厚度d_cl被加厚，在第二包覆层6a和6b的电压降仍是小的。此外，因为第二包覆层的厚度很厚，因此可以约束在将电压施加至电光元件的时候来自第一电极层7a和7b的电荷注入核心层14。

在光波导类型电光元件1的情况下，其中例如核心层4由铌酸锂制成的薄膜形成并且第二层6a和6b由Ta₂O₅制成，因为铌酸锂和Ta₂O₅具有类似的介电常数，即使由Ta₂O₅制成的第二包覆层6a和6b的每一个的厚度d_cl被加厚为大约1微米，仍可对由铌酸锂制成的核心层施加的电压V_C0被约束为施加至电光元件1的电压V的0.8倍的程度。

此外，因为第二包覆层6a和6b的每一个具有厚的膜厚度d_cl，因此第二包覆层可以阻止来自第一电极层7a和7b的电荷，结果，当将高的电压施加至电光元件1时可约束电荷注入核心层4。

在电光元件1中，其中电光元件1包括由铌酸锂制成且厚度约为10微米的核心层4以及由Ta₂O₅制成且厚度为1微米的第二包覆层6a和6b，当V＝100V的电压施加至电光元件1时，在电光元件1中流动的电流密度是2nA/mm²或更少。

很明显，电光元件1具有电光元件1’的1/10或更少的电流密度，该电光元件1’包括由SiO₂制成且厚度为0.2微米的包覆层5a’。确认根据本发明的电光元件具有约束电荷注入的有利效果。在这种情况下，可大量减小由具有低折射系数的材料制成的第一包覆层5a和5b的每一个的厚度d_cl。对每个第一包覆层5a和5b要求的厚度d_cl依赖于构成电光元件1的光波导2中的核心层4的折射系数和厚度。

例如，当假设核心层4是由铌酸锂制成的，第一包覆层5a和5b是由SiO₂制成的，并且核心层4具有10微米的厚度时，光波导2变成多模式的光波导，但是因为核心层4和第一包覆层5a和5b中的每一个的折射系数之间的差异非常大至0.7或更多，因此如果第一包覆层5a和5b被形成为具有0.2微米的厚度，仍可以近似地限制电光晶体中的整个光功率。

此外，为了约束高阶模式的传播，使得第一包覆层5a和5b的厚度进一步变薄是有效的。通常在高阶的情况下，光波导2传播的光在第一包覆层5a和5b上看起来是显著的。在具有非常薄的厚度的第一包覆层5a和5b之外出现的传播光进入第二包覆层6a和6b的每一个的内部。

这里，因为第二包覆层6a和6b的每一个的折射系数大于第一包覆层5a和5b的折射系数，因此到达第二包覆层6a和6b的光分量在光波导2中传播，剩余的光分量保持在第二包覆层6a和6b中。因为第一电极层7a和7b与第二包覆层6a和6b直接接触，因此光分量在第一电极层7a和7b被吸收或者在光波导2中被消散，同时重复具有损失的反射。

通过使用该有利效果，可以约束高阶模式光在光波导2中传播。在大量光波导类型电光元件1中，如果传播模式是不同的，因为折射系数的变化量是不同的，因此在光波导2是多模光波导的情况下，优选地约束高阶模式光的传播。也就是说，如果第一包覆层5a和5b中每一个的厚度被设置为小于电光元件1中传播的光波长，则存在如下有利效果：可约束高阶模式光的传播。

此外，通常在图5所示的电光波导结构中，包覆层15a和15b中每一个的折射系数小于核心层14的折射系数。相反地，在第一实施例中，可选择如图1所示的第一包覆层6a和6b的材料而不依赖于核心层4的材料的折射系数。例如，关于KTP(磷酸氧钛钾)被选为核心层4的材料的情况进行考虑。

KTP具有大约1.83的折射系数，这在电光晶体中相对低。由此，通常由此选择具有低的折射系数的介电材料作为包覆层的材料。然而，在第一实施例中，可以选择折射系数比核心层4的折射系数高的材料，例如Ta₂O₅，用于第二包覆层6a和6b。

在这种情况下，例如，当具有低折射系数的材料(例如SiO₂)用于第一包覆层5a和5b的每一个时，通过第二包覆层6a和6b可实现在第一包覆层5a、5b和核心层4的边界处的基本模式光的阻挡并且约束电荷注入核心层。具有大的折射系数的第二包覆层6a和6b的每一个能够有效地约束高阶模式光在光波导2中传播。

此外，不要求第二包覆层6a和6b的每一个由透明材料形成。优选地具有高介电常数的材料被用于第二包覆层6a和6b的每一个。然而，也可能包括当中容易吸收或散射光的这样的材料。

根据第一实施例，高介电材料也可以用于第二包覆层6a和6b。更具体地，在第一包覆层5a和5b的每一个的外侧表面上施加在树脂材料中扩散有陶瓷材料的混合材料，或者陶瓷材料通过气浮沉积等的薄膜形成处理被施加至第一包覆层的外侧表面的每一个上都是有效的，由此可以在第一包覆层上形成第二包覆层。

即使在这样的光波导结构中，通过第二包覆层6a和6b仍可实现在第一包覆层5a、5b和核心层4的边界处的基本模式光的阻挡并且约束电荷注入核心层4。此外，因为在第二包覆层6a和6b吸收或散射光，因此可约束高阶模式光在光波导2中传播。

<第二实施例>

图2表示根据本发明的第二实施例的电光元件。在图2所示的电光元件中，相同的附图标记附于与图1所示的第一实施例的电光元件相似的部件，并且省略对其的详细描述。

根据第二实施例的电光元件包括在第二包覆层6a和6b的每一个的外面布置的电极层结构。电极层结构包括两种或更多种金属薄膜。更具体地，在第二包覆层6a之外布置的电极层结构包括在第二包覆层6a的外表面上设置的第一电极层7a和在第一电极层7a的外表面上设置的第二电极层8a，并且在第二包覆层6b之外布置的电极层结构包括在第二包覆层6b的外表面上设置的第一电极层7b和在第一电极层7b的外表面上设置的第二电极层8b。

在第二实施例中，第一电极层7a、7b的每一个和第二电极层8a、8b的每一个由不同材料制成。可以建议用于形成电光元件1的最外层表面的第二电极层8a和8b中的每一个由很难被周围环境的改变影响的材料制成，例如Au、Pt等。

如果第一电极层7a、7b的每一个和第二包覆层6a、6b的每一个之间的粘合不好，则第一电极层或第二电极层由具有好的粘合的电气材料制成，或者这样的电气材料制成的片(sheet)被布置在第一电极层7a和7b的每一个和第二包覆层6a和6b的每一个之间。

已知如果不同材料用作电极层，因为不同材料的逸出功(workfunction)也不同，因此注入电光元件1的电荷量不同。由此，优选地选择很难发生电荷注入的电气材料用于第一电极层7a和7b。

更具体地，优选地具有小的逸出功的Cr、Ti、Al等用作第一电极层7a和7b的每一个的材料。因为这些金属相对容易氧化，因此存在如下问题：电极材料的成分在长的使用时间中改变，并且不能实现作为电极层的有效功能。为了解决这样的问题，有效地是，在形成第一电极层之后，第二电极层8a和8b随后分别形成在第一电极层7a和7b上。

<第三实施例>

图3A和3B表示根据本发明的第三实施例的电光元件。

图3A表示在第一包覆层5a上间隔设置多个微细结构25a并且在第一包覆层5b上间隔设置多个微细结构25b的例子。第二包覆层6a形成在第一包覆层5a的表面以覆盖微细结构25a，并且在第一包覆层5b的表面上形成第二包覆层6b以覆盖微细结构25b。第一电极层7a形成在第二包覆层6a的表面，并且第一电极层7b形成在第二包覆层6b的表面。在所示实施例中，每个微细结构都包括在每个第一包覆层的表面上形成的微细的凹和凸结构。

例如，在第一包覆层5a和5b形成之后，通过使用干蚀刻技术在第一包覆层上形成微细孔隙来设置微细结构25a和25b。可选地，通过抛光处理、湿蚀刻等增加第一包覆层5a和5b的每一个的表面粗糙度来容易地形成微细结构25a和25b。

在光传播方向上(通过箭头所示的X-X方向)以相等间隔或随机间隔在微细结构25a和25b中形成凹和凸结构。优选地在微细结构25a和25b的每一个的相邻结构之间的间隔H被设置为等于或小于在光波导2中传播的光的波长。通过具有多结构的包覆层的电荷注入的约束效果与在第一和第二实施例中的约束效果是相同的。

在第三实施例中，通过在第一包覆层5a和5b中设置微细结构25a和25b，可以进一步有效地实现对电荷注入的约束和对进入核心层4的光的限制。

例如，在如图3A所示的光波导结构中，当第一包覆层5a和5b显著变薄时，可能将在光波导4中传播的光获得的第一包覆层的等效折射系数设置为第一和第二包覆层的每一个的折射系数的中间值。

通过改变微细结构25a和25b的每一个的每单位面积上凹或凸部的数目(密度)，第一包覆层的等效折射系数可以被调整为任意值。由此，可基于第二包覆层6a和6b约束电荷注入核心层4，并且可选地设置包覆层的折射系数。这能够实现光波导2的简单设计。

图3B表示在第二包覆层6a上间隔设置多个微细结构26并且在第二包覆层6b上间隔设置多个微细结构26b的例子。在第二包覆层6a的表面上形成第一电极层7a以覆盖微细结构26a，并且在第二包覆层6b的表面上形成第一电极层7b以覆盖微细结构26b。形成微细结构26a和26b的方法与形成微细结构25a和25b的上述方法相同。

在光传播方向上(通过箭头所示的X-X方向)以相等间隔或随机间隔形成微细结构26a和26b。优选地在微细结构26a和26b的每一个的相邻结构之间的间隔H被设置为等于或小于在光波导2中传播的光的波长。优选地在微细结构26a和26b的每一个中的相邻结构之间的间隔H被设置为等于或小于在光波导2中传播的光的波长。

在如图3B所示的光波导结构中，通过在第二包覆层6a和6b上设置微细结构26a和26b，可控制从第一电极层7a和7b发射并且注入第二包覆层6a和6b的电荷量，这不同于图3A所示的光波导结构。

因为通过微细结构26a和26b在第二包覆层6a和6b中平均注入电荷，可防止在第一包覆层5a和5b发生电场的收集，并且约束第二包覆层6a和6b的绝缘击穿的产生。

<第四实施例>

图4表示根据本发明的第四实施例的电光元件。

在第四实施例中，示出了电光元件1被应用至偏光器的例子。

在构成核心层4的电光材料中必须形成棱柱结构4A以使用电光元件1作为偏光镜。具体地，铌酸锂晶体、钽酸锂晶体等用作电光材料。

核心层4包括多个极性反转区4a和残留区4b，每个极性反转区4a具有三角形(棱柱形状)。每个极性反转区4a具有晶体轴，该晶体轴在残留区4b的晶体轴方向上反转。

在光束(波导光)P的传播方向上以规则方式布置极性反转区4a。每个极性反转区4a的晶体轴的方向是例如从纸的后表面向纸的前表面引导(由箭头所示)，如图4所示，并且残留区4b的晶体轴的方向是从纸的前表面向纸的后表面引导。

当向核心层4施加电压时，每个极性反转区4a在折射系数的变化符号上与残留区4b相反。由此，在核心层4中产生棱柱结构4A。棱柱结构4A包括多个棱柱的组件。在核心层4中传播的光束P(波导光)的传播角在每个棱柱的边界弯曲，并且光束P的移动方向在核心层中不同，或者当进入电光元件1时从入射方向偏转。换句话说，光束P在不同于入射方向的方向上从电光元件1发射。可根据施加至电光元件的电压V的放大率改变光束的光束偏转角。由此，可以使用电光元件1作为偏光镜。

已知在电光晶体中形成前述极性反转区4a的各种方法。通常，与反电场的高电场相对应的高电压或更高电压被施加至电光晶体的晶体材料。通过将高电压以如下方式施加至电光元件1来形成类三角形(棱柱形状)的极性反转区4a：希望形成类三角形(棱柱形状)的极性反转区4a的部分由绝缘部件屏蔽。在这种情况下，即使通常的光刻胶用作绝缘部件，也足以形成极性反转区4a。

在棱柱形偏光镜中，因为随着施加的电压变高而偏转角也变大，所以可以将100V或更高的电压施加至电光元件1。如果核心层4具有微米级的厚度，则非常大的电场可以施加至电光晶体、第一包覆层5a和5b、以及第二包覆层6a和6b。

由此，发生从第一电极层7a和7b向核心层4注入电荷，并且由此存在电光元件1的电光特性和性能恶化的可能性。然而，如前述实施例所述，因为在电光元件上设置多个包覆层，即使向电光元件1施加高电压，也可以约束电荷从电极层注入核心层。

如前所述，在根据本发明的电光元件中，在多层结构中形成包覆层，该多层结构包括薄膜或每个都具有低介电常数的包覆层，以及厚膜或每个都具有高介电常数的包覆层，它们被顺序地布置在构成光波导的核心层的相对侧的每一个上。在如上所述的电光元件中，每个具有高介电常数的包覆层被配置为当操作电光元件时约束电荷从电极层注入核心层，并且每个具有低介电常数的包覆层被配置为实现限制或阻止至核心层的光。结果，在光波导类型的电光元件中，当驱动电光元件时，可以约束电荷注入核心层的电光材料中，并且由此防止光束的形状变形。

此外，当波导光在电光元件中传播时，可以约束高阶模式波导光在电光元件中传播。

尽管已经描述了本发明的优选实施例，但是本发明不局限于这些实施例。应该理解到可以对这些实施例进行改变和修改。

工业应用性

尽管本发明已经应用至电光元件，本发明还可以应用至各种通信或光学设备，或者应用至在通信或光学设备中使用的部件。

相关申请的交叉引用

本申请基于2009年8月26日提交的日本申请No.2009-195426并主张其优先权，其全部内容结合于此作为参考。

Claims (10)

1.一种电光元件，包括：

由电光材料制成的核心层；

包覆结构，布置在核心层的相对侧的每一个上并且配置为与核心层一起形成光波导；以及

一对电极层，一个电极层布置在包覆结构的一侧上，并且另一个电极层布置在包覆结构的另一侧上，

所述包覆结构包括第一包覆层和第二包覆层，

第二包覆层的介电常数大于第一包覆层的介电常数，并且

第二包覆层的厚度大于第一包覆层的厚度，

其中所述第一包覆层和所述第二包覆层被顺序地布置在所述核心层上。

2.根据权利要求1所述的电光元件，其中，第一包覆层的厚度小于在核心层中传播的光的波长。

3.根据权利要求1所述的电光元件，其中，第二包覆层的折射系数大于核心层的折射系数。

4.根据权利要求3所述的电光元件，其中，第二包覆层的光学透射率小于第一包覆层的光学透射率。

5.根据权利要求1所述的电光元件，其中，每个电极层都包括至少两种金属薄膜。

6.根据权利要求1所述的电光元件，其中，第一包覆层和第二包覆层中的至少一个包括微细结构。

7.根据权利要求1所述的电光元件，其中，核心层包括极性反转区。

8.根据权利要求1所述的电光元件，其中，核心层的电光材料包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、钛酸钡、KTN、STO、SBN、PLZT、PZT和DAST中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的电光元件，其中，第二包覆层由包括氧化钽、氧化铝、氧化铪、铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、钛酸钡、KTN、STO、SBN、PLZT、PZT和DAST中任一种的材料制成。

10.根据权利要求1所述的电光元件，其中，当向核心层施加10kV/mm的电场时，在核心层中流动的电流密度被设置为2nA/mm²或更低。