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KR20010012874A - 전기 광학 소자와 그 구동 방법 및 제조 방법 - Google Patents

전기 광학 소자와 그 구동 방법 및 제조 방법 Download PDF

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KR20010012874A
KR20010012874A KR1019997010840A KR19997010840A KR20010012874A KR 20010012874 A KR20010012874 A KR 20010012874A KR 1019997010840 A KR1019997010840 A KR 1019997010840A KR 19997010840 A KR19997010840 A KR 19997010840A KR 20010012874 A KR20010012874 A KR 20010012874A
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KR
South Korea
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ferroelectric
light beam
electro
gas
polarization inversion
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Withdrawn
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KR1019997010840A
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Inventor
야마다마사히로
도무끼도루
다마다히또시
Original Assignee
이데이 노부유끼
소니 가부시끼 가이샤
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Publication date
Application filed by 이데이 노부유끼, 소니 가부시끼 가이샤 filed Critical 이데이 노부유끼
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    • 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
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Abstract

전기 광학 소자(1)를 구성하는 강유전성 기체(3) 내에 분극 반전 도메인(2)을 적어도 광 빔 A의 전파 방향으로 불규칙하게 형성하고, 전극(4, 5) 사이에 교류 신호를 인가하여 레이저광 등의 코히어런트성이 높은 광 빔의 위상 관계의 변화가 심하며, 코히어런트성이 저감한 광 빔을 용이하게 얻도록 한다.

Description

전기 광학 소자와 그 구동 방법 및 제조 방법{ELECTRO-OPTICAL ELEMENT, AND METHOD OF DRIVING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
레이저광은 일반적으로 전파보다도 주파수가 높으므로 정보 수용 능력이 크며 파장이 동일하고 위상이 일치하므로, 단색성이나 지향성에 뛰어나서 통상의 광 빔에는 볼 수 없는 코히어런트성(보강 간섭성)을 가지고 있으며, 매우 가늘게 집속할 수 있기 때문에 미소 면적에 에너지를 집중하여, 국부적이며 순간적으로, 예를 들면, 고온을 실현할 수 있는 등의 특징을 가지고 있으며, 통신 및 정보 관계, 계측 관계, 가공 기술로의 응용, 의학면으로의 이용 등 다방면으로의 응용이 이루어지고 있다.
그러나, 이와 같이 레이저광은 지향성에 뛰어남과 함께 높은 강도, 코히어런트성을 가지기 때문에, 레이저광을 조명광으로서 이용하는 경우, 예를 들면, 레이저 디스플레이에 이용하는 경우, 그 코히어런트성이 높음으로써 발생하는 점형의 반짝거림, 소위 스펙클 노이즈가 문제가 된다.
이러한 스펙클 노이즈를 저감시키기 위한 광학 장치로서는, 예를 들면, 번들 파이버나 회전 확산판이 알려져 있다.
번들 파이버는 다수개의 멀티 모드 파이버를 묶은 구조를 가지며 코히어런트인 광 빔의 빔 형상을 번들 파이버의 입력단의 형상에 맞도록 정형하고, 이 번들 파이버 내에 광 빔을 전파시킴으로써 그 코히어런트성을 저감시키는 것이다.
번들 파이버를 구성하는 각 광 파이버는 각각 멀티 모드 광 파이버이며 이에 따라 이 광 파이버 내를 전파하는 광 빔은 복수의 모드로 분리되어 전파한다. 그리고, 각 모드는 전파 속도가 서로 다르므로, 파이버로부터 출사된 광 빔은 여러가지의 위상을 가지는 광 빔이 된다. 그리고, 이러한 광 파이버가 다수 묶여져 있으므로, 출력된 광 빔은 더 많은 위상을 가지는 광 빔이 되며, 이에 따라 코히어런스성이 완화되며 스펙클 노이즈가 저감한다.
그러나, 각 광 파이버로부터 출사되는 광 빔 간의 위상 관계는 시간적으로항상 안정되어 있으며, 따라서 스펙클 노이즈를 완전히 제거하는 것이 곤란하다.
한편, 회전 확산판은 코히어런트인 광 빔이 회전하는 불투명 유리를 투과하도록 되어 있으며, 우선 불투명 유리에 의해서 광 빔의 구성 성분, 즉 광 빔을 구성하는 광속의 위상 관계가 공간적으로 변화가 심하며, 다음에 이 불투명 유리를 모터 등에 의해 회전시킴으로써 광 빔의 구성 광속의 위상 관계를 시간적으로 변화시키는 것으로, 상술한 번들 파이버에 의한 스펙클 노이즈 저감 방법을 개선한 것이라고 할 수 있다.
그러나, 이 방법에서는, 회전 확산판을 회전시키기 위한 모터 등의 가동부가 필요해지기 때문에, 장치가 대형화되며 소비 전력도 커진다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 레이저광 등의 코히어런트성이 높은 광 빔의 위상 관계의 변화가 심하며, 용이하게 코히어런트성이 저감한 광 빔이 얻어지는 전기 광학 소자와 그 구동 방법 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전기 광학 소자는 전기 광학 효과를 가지는 단수의 강유전성 기체, 혹은 복수의 동일한 강유전성 기체의 적층체으로 구성된다.
이 단수 혹은 복수의 강유전성 기체로 이루어지는 전기 광학 소자는 광 빔의 입사면과 출사면을 가지며, 그 입사면과 출사면 간의 광 빔의 전파 통로에 복수 혹은 단수의 분극 반전 도메인에 의한 위상 변위 수단이 설치된다.
또한, 상술한 전기 광학 소자에는 그 강유전성 기체의 분극 반전 도메인의 형성 영역에 전계를 인가하는 적어도 쌍의 전극이 설치된다.
분극 반전 도메인은 강유전성 기체에 입사된 광 빔을 구성하는 광속의 위상이 서로 불규칙하게 다르도록 하는 위상 변위 수단을 구성하는 것이며, 이 때문에 이 분극 반전 도메인은 적어도 광 빔의 전파 방향으로 불규칙한 형상 및/또는 배치로 한다.
또한, 위상 변위 수단을 구성하는 분극 반전 도메인은 광 빔의 전파 방향과 거의 직교하는 방향으로도 불규칙하게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 위상 변위 수단을 구성하는 분극 반전 도메인은 그 깊이를 불규칙하게게 구성하는 것이 바람직하다.
광 빔의 입사면과 출사면은 거울면으로 하는 것도, 혹은 그 적어도 그 한쪽은, 바람직하게 출사면을 거친면으로 할 수 있다.
또한, 전술한 전극의 일부 혹은 전부를 입사광 빔에 대하여 투과율이 높은 투명 전극으로서, 이 투명 전극을 통하여 광의 입사 또는 출사의 한쪽 혹은 양쪽을 행할 수 있다.
본 발명에 따른 구동 방법은, 상술한 각 구성에 의한 전기 광학 소자에서, 적어도 한 쌍의 전극 사이에 필요한 전기 신호, 바람직하게는 교류 신호, 더 바람직하게는 직류 성분을 중첩한 교류 신호를 공급한다. 이와 같이 함으로써, 분극 반전 도메인과, 다른부와의 굴절율을 다르게 하고, 이 불규칙하게 형성된 분극 반전 도메인에 의해서 이를 통과하는 광 빔을 구성하는 광속에 관하여 위상 변위를 행하여 광속 상호의 위상이 불규칙하게 다르게 함으로써, 광 빔의 코히어런트, 즉 간섭성의 저감화를 행한다.
본 발명에 따른 전기 광학 소자의 제조 방법은 전술한 각 구성에 의한 전기 광학 소자를 구성하는 강유전성 기체의 일부에, 그 한쪽의 주요면에서 강유전성 기체의 두께 방향의 전부 혹은 일부에 불규칙 패턴으로 제1 분극 반전 도메인을 형성하는 제1 공정을 행한다.
다음에, 제1 분극 반전 도메인의 깊이를 필요한 깊이로 축소하는 제2 공정을 행한다. 다음에, 강유전성 기체의 다른 일부에, 그 한쪽의 주요면에서 상기 강유전성 기체의 두께 방향의 전부 혹은 일부에 걸쳐서 제2 분극 반전 도메인을 형성하는 제3 공정을 행한다.
또한 필요에 따라서, 마찬가지로 퀴리 온도 이하의 소정의 온도에 소요 시간 동안 보유하고, 각 분극 반전 도메인의 깊이를 필요한 깊이로 축소하는 제4 공정을 행한다.
제1 및 제3 공정은 강유전성 기체의 대향한 양 주요면에 전극을 각각 설치하고, 이들 전극 간에 전극을 인가함으로써 제1 및 제2 분극 반전 도메인을 형성한다.
혹은 제1 및 제3 공정은 강유전성 기체의 자발 분극의 음성측 또는 양성측의 면에 음 또는 양의 전하를 가지는 전하 입자를 조사함으로써 제1 및 제2 분극 반전 도메인을 형성한다.
또한, 제2 및 제4 공정은 강유전성 기체를 그 퀴리 온도보다 낮은 소정의 온도로 유지함으로써 행할 수 있다.
전술한 각 전기 광학 소자에서, 그 강유전성 기체를 LiNbxTa1-xO3(단, 0≤x≤1)의 결정에 의해서 구성하고, 퀴리 온도 이하의 소정의 온도로 대기 중 또는 산소 분위기 중에 보유하는 공정을 행한다.
또한, 전술한 각 전기 광학 소자에서, 그 강유전성 기체를 LiNbO3의 결정에 의해서 구성하고, 상기 강유전성 기체를 300℃ ∼ 1150℃에서 순간에서 30시간 이내 동안 대기 중 또는 산소 분위기 중에 보유하는 공정을 행한다.
본 발명은 광 빔의 코히어런트성을 낮출 수 있는 전기 광학 소자와 그 구동 방법 및 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 사시도.
도 2는 그 개략 평면도.
도 3은 도 2의 III-III선 상의 개략 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 6은 본 발명의 제조 방법에 기초하는 분극 반전 도메인의 형성 방법을 설명하는 개략 사시도.
도 7은 본 발명의 제조 방법에 기초하는 분극 반전 도메인의 형성 방법을 설명하는 개략 사시도.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제조 방법에 기초한 분극 반전 도메인의 형성방법을 설명하는 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 15는 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 16은 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
도 17은 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 개략 단면도.
본 발명에 따른 전기 광학 소자는, 예를 들면, 단수 혹은 복수의 직사각형 기판 모양을 이루는 전기 광학 효과를 가지는 강유전성 기체에 의해서 구성된다.
이 강유전성 기체에는 적어도 광 빔의 전파 방향으로 불규칙하게 형성된 분극 반전 도메인에 의한 위상 변위 수단이 형성된다.
또한, 이 위상 변위 수단의 형성부에 필요한 전계를 인가하는 적어도 쌍의 전극이 설치된다.
위상 변위 수단은 광 빔의 전파 방향으로 불규칙 형상을 가지는 분극 반전 도메인을 여러개, 불규칙하게 배치된 구성 혹은 1개의 불규칙 형상을 가지는 분극 반전 도메인을 배치함으로써 구성한다.
분극 반전 도메인은 광 빔의 전파 방향과 직교하는 방향에 관해서도 불규칙하게 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 분극 반전 도메인은 강유전성 기체 내를 전파하는 광 빔을 구성하는 광속이 분극 반전 도메인 내에 입사 및 출사함으로써 적어도 도메인벽을 2도 통과하도록 배치되며, 복수의 광속이 분극 반전 도메인에 대하여 서로, 예를 들면, 분극 반전 도메인의 통과 갯수, 입사각, 출사각, 분극 반전 도메인 중의 통과 거리 등에 대하여 차이나도록 한다.
그리고, 광 빔이 강유전성 기체 내를 소정의 한쪽 방향으로 전파시키는 구성으로 할 때는, 이 전파 방향과 수직 혹은 거의 수직으로 분극 반전 도메인의 도메인벽이 형성되도록 함으로써 도메인에 의한 광 빔의 전파 방향 이외의 방향으로의 굴절 산란을 효과적으로 회피하여 광 빔을 소정의 한쪽 방향으로 안정되게 전파시킬 수 있다.
즉, 예를 들면, 전기 광학 소자가 직방형의 판형 강유전성 기체로 이루어지며, 그 양 주요면 간의 서로 대향하는 단부면을 각각 광 빔의 입사면 및 출사면으로 하고, 광 빔의 전파 방향을 강유전성 기체의 주요면, 즉 판면 방향으로 할 때는 분극 반전 도메인의 도메인벽 중 적어도 1개가 강유전성 기체의 주요면에 수직 혹은 거의 수직으로 하고, 또한 광 빔이 도메인벽 중 적어도 2개를 통과하는 구성이 된다. 그리고, 이와 같이, 도메인벽을 강유전성 기체의 주요면과 수직 혹은 거의 수직으로 함으로써, 광 빔의 입사면 및 출사면 간을 주요면과 평행한 면으로 안정되게 전파시킬 수 있다.
또한, 광 빔의 강유전성 기체 내의 전파 방향은, 예를 들면, 이 강유전성 기체가 판형인 경우, 상술한 바와 같이, 그 판면 방향으로 할 수 있지만, 그 전파 방향, 예를 들면, 두께 방향으로도 할 수 있다.
또한, 예를 들면, 그 주된 전파 방향이 소정의 방향, 예를 들면, 판면 방향으로 하는 경우에서도, 예를 들면, 그 양 주요면 혹은 한쪽의 주요면의 일부 혹은 전면에 반사면을 형성하여, 광 빔을 반사굴곡시키면서 소정의 방향으로 전파시켜 그 광로 길이를 길게 할 수도 있다.
또한, 상술한 분극 반전 도메인을 가지는 강유전성 기체를 복수개 적층하여, 복수의 강유전성 기체에 걸쳐서 광 빔의 전파 광로를 형성하여 광로 길이의 증대화를 꾀할 수도 있게 된다.
또한, 전기 광학 소자의 입사면 및 출사면, 즉 이 전기 광학 소자를 구성하는 단수 혹은 복수의 강유전성 기체의 광 빔의 입사면 및 출사면은 모두 거울면으로 함으로써 그 입사 효율 및 출사 효율을 높히는 구성으로 할 수 있지만, 입사면 및 출사면 중 어느 한쪽, 특히 출사면을 광의 산란이 생기도록 거친면으로 함으로써 보다 코히어런트성의 저감화를 꾀할 수 있다.
본 발명에 따른 구동 방법은, 상술한 본 발명에 따른 전기 광학 소자에서, 전술한 분극 반전 도메인으로 구성한 위상 변위 수단에 소요의 전계를 인가함으로써 위상 변위 수단을 기능시켜 광 빔의 가간섭성, 즉 코히어런트성을 저감시킨다.
즉, 전기 광학 소자에 형성한 적어도 쌍의 전극 간에 필요한 전압, 바람직하게는, 교류 신호, 더 바람직하게는 직류 전압을 중첩한 교류 신호를 공급한다.
이에 따라, 인가 신호에 따라 강유전성 기체에서 그 분극 반전 도메인과 다른 부와의 굴절율이 시간적으로 차이나게 된다. 이 때문에, 분극 반전 도메인 내와 그 이외의 부분에서 광의 진행 속도가 차이나며 이것이 시간적으로도 변화하고 또한 그 분극 반전 도메인에 대한 광의 입사각, 출사각 등의 차이, 도메인의 형상의 불규칙성 등에 의한 분극 반전 도메인의 내외에서의 각 광로 길이의 차이 등의 많은 요인의 차이 및 변화에 의해서 광 빔을 구성하는 광속의 위상이 서로 다르며, 이에 따라 위상의 변동을 발생시켜 가간섭성, 즉 코히어런트성의 저하를 생기게 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 분극 반전 도메인의 불규칙성은 이에 입사된 광 빔, 예를 들면, 레이저광을 구성하는 광속 상호의 위상을 불규칙화시켜서 코히어런트의 저하를 생기게 하는 것을 의미한다.
그리고, 전기 광학 소자의 구동 시에, 이에 인가하는 전기 신호는 상술한 위상 변화를 시간적으로 부여하는 효과를 얻기 위해서 교류 신호로 하는 것이 바람직하지만, 이 경우, 0V의 시점에서 분극 반전 도메인의 굴절율이 다른 부와 일치하는 순간이 발생하고, 이 때 코히어런트성의 저하의 효과가 상실하고, 스펙클 노이즈가 발생하는 순간이 생긴다. 그래서, 이러한 문제점을 회피하기 위해서 교류 신호를 직류 신호에 중첩시켜서 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 전기 광학 소자의 제조 방법은 상술한 본 발명에 따른 각 구성에 의한 전기 광학 소자를 제조하는 것으로, 제1 공정에서, 제1 분극 반전 도메인의 형성을 행하고, 그 후 제2 공정에서, 이 제1 분극 반전 도메인의 깊이의 제어를 행하고, 제3 공정에서, 제2 분극 반전 도메인을 형성한다. 그리고, 또한, 예를 들면, 제4 공정에서, 분극 반전 도메인의 깊이의 제어를 행하여 불규칙성인 복수의 분극 반전 도메인을 형성하는 방법이다.
또한, 이 경우, 제1 및 제2 공정의 작업을 반복함으로써 보다 복잡하고 불규칙한 분극 반전 도메인의 형성을 행할 수 있다.
제1 및 제3 공정에서의 분극 반전 도메인의 형성은 강유전성 기체의 대향한 양 주요면에 전극을 각각 설치하고, 이들의 대향 전극 간에 전압을 인가함으로써 행한다. 혹은 강유전성 기체의 자발 분극의 음성측 또는 양성측의 면에 음 또는 양의 전하를 가지는 전하 입자를 조사함으로써 행할 수 있다.
또한, 제2 및 제4 공정은 강유전성 기체를 그 퀴리 온도보다 낮은 온도로 유지함으로써 행할 수 있다. 예를 들면, 강유전성 기체가 LiNbxTa1-xO3(단, 0≤x≤1)의 결정으로 이루어지는 경우, 이 강유전성 기체를 그 퀴리 온도 이하로 대기 중 또는 산소 분위기 중에 보유함으로써 행하는 것이 바람직하다. 여기서, 이 LiNbxTa1-xO3의 퀴리 온도는 x=0에서 약 600℃, x=1에서 1200℃ 이하이다. 그리고, 강유전성 기체가 LiNbO3의 결정으로 이루어지는 경우, 제2 및 제4 공정은 강유전성 기체를 300 ∼ 1150℃에서 순간 ∼ 30시간 동안 대기 중 또는 산소 분위기 중에 보유함으로써 행한다.
도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
우선, 강유전성 기체의 두께 방향의 전체(기판 두께 전체)에 걸치는 깊이의 분극 반전 도메인을 제작하는 방법에는, 예를 들면, 직접적으로 기체에 전압을 인가하는 방법과, 전자선 등 하전 입자를 조사하는 방법을 예로 들 수 있다.
우선, 예를 들면, 판형의 강유전성 기체(41)에 전압을 직접 인가하는 방법에 대하여 설명한다. 이 경우, 예를 들면, 도 6에 그 전계 인가 방향을 개념적으로 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 니오븀산 리튬(LiNbO3)의 z판으로 이루어지는 강유전성 기체(41)의 z면(+c면) 상에 형성하고자 하는 도메인의 형상에 대응하는 전극(46)을 피착 형성한다. 이 전극(46)의 형성은, 예를 들면, Al 도전막을 전면에 피착하고, 그 후 통상의 포토리소그래피 기술에 의한 패턴 에칭에 의해서 소정의 형상으로 형성한다. 또한, z면(41)의 다른쪽의 면, 즉 -z면(-c면)에 전면적으로 평면 전극(44)을 형성한다. 그리고, +z면 상의 전극(46)이 -z면 상의 전극(44)보다 고전위가 되도록 전원(47)에 의해서, 예를 들면, 20㎸/㎜ 이상의 전계를 실온 중에서 인가한다. 이에 따라, 전극(46)의 바로 아래에는 분극 반전된 복수의 도메인(42)이 전극(46)과 거의 동일 패턴으로 형성된다.
또한, 도 6에서 설명한 외부 전계 인가에 의한 도메인 형성 방법과 유사한 방법이 특개평 2-187735호 공보나 문헌[山田正裕 등, "유사 위상 정합 도파로형 SHG 소자", 전자 정보 통신 학회 논문지 C-I, Vol. J77-C-I, No. 5, pp. 206-213(1994)]에도 진술되고 있으며, 이들의 방법을 본 발명의 제조 방법에 적용할 수 있다.
다음에, 전자선 등의 전하 입자의 조사에 의해서 분극 반전 도메인을 형성하는 방법을 도 7의 개념도를 참조하여 설명한다. 이 경우, 예를 들면, 니오븀산 리튬의 z판에 의한 강유전성 기체(41)의 +z면(+c면) 상에 평면 전극(49)을, 예를 들면, 알루미늄막의 피착에 의해 형성하고, 이것을 접지한 상태에서 -z면(-c면) 상의 도메인(42)을 형성하고자 하는 부분에, 예를 들면, 20kV(가속 전압)×t[t : 기판(41)의 두께(㎜)] 이상의 전자선(48)을 실온 중에서 주사하여 조사한다.
이에 따라, 기판(41) 내에는 분극 반전된 복수의 도메인(42)을 소정의 패턴으로 형성할 수 있다.
또한, 전자선 조사에 의한 도메인 형성 방법은 특개평 4-270322호 공보, 특개평 4-270323호 공보나 문헌[엠. 야마다 및 케이. 기시마, "Fabrication of periodically reversed domein structure for SHG in LiNbO3by direct beam lithography at room temperature", Electron. lett. , Vol. 27, No. 10, pp. 828-829(1991)]에서의 분극 반전 도메인의 형성 방법을 적용할 수 있다.
상술한 2종류의 도메인 형성 방법은 LiNbxTa1-xO3(단, 0≤x≤1)나 KTP(KTiOPO4) 등의 강유전성 기체에 대하여 유효한 방법이다.
이상으로 예시한 방법에서, 강유전성 기체의 두께 방향의 전체에 걸치는 분극 반전 도메인을 형성할 수 있지만, 다음에는, 이 분극 반전 도메인을 강유전성 기체의 한쪽 주요면에서 그 두께 방향으로 랜덤한 깊이를 가지도록 가공하는 방법을 설명한다.
이 경우, 예를 들면, 도 8a에 도시한 바와 같이, 깊이 방향으로 두께 t를 가지는 예를 들면 니오븀산 리튬(LiNbO3)으로 이루어지는 강유전성 기체(41)의 일부에 예를 들면, 전술한 방법에 따라 그 한쪽의 주요면(31)으로부터 기체(41) 두께 t의 거의 전체에 걸치는 깊이의 분극 반전 도메인(42a)을 형성한다(제1 공정).
계속해서, 예를 들면, 퀴리 온도 이하의 온도, 바람직하게는 300 ∼ 1150℃에서 대기 중 혹은 산소 분위기 중에서 소정 시간 어닐링한다. 이 어닐링은 어느 정도 깊이의 도메인을 형성할지에 따라, 어닐링 시간을 0분(순간) ∼ 30시간 사이에서 선정한다. 이에 따라, 도 8b에 도시한 바와 같이, 축소된 깊이 d1의 도메인(32a)이 형성된다(제2 공정).
계속해서, 도 8c에 도시한 바와 같이, 강유전성 기체(41)의 분극 반전 도메인(32a)을 형성한 부위와는 별도의 다른 부위에, 상술한 제1 공정과 마찬가지의 방법 등에 의해서 그 한쪽의 주요면에서 기체(41)의 두께 t의 거의 전체에 걸치는 깊이의 분극 반전 도메인(42b)을 형성한다. 또한, 이 분극 도메인(42b)의 형성 위치는 분극 반전 도메인(32a)의 형성 위치와 일부 중복되어도 좋다.
계속해서, 예를 들면, 퀴리 온도 이하의 온도, 바람직하게는 300 ∼ 1150℃에서 대기 중 혹은 산소 분위기 중에서 소정 시간에 걸쳐서 어닐링한다(제3 공정). 이 경우도, 그 어닐링 시간은 어느 정도 깊이의 도메인을 형성하고자 하는지에 따르지만, 순간에서 30시간이내로 한다.
이에 따라, 도 8d에 도시한 바와 같이, 도메인(32a)의 깊이 d1이 축소하여, 깊이 d1' 도메인(32a')이 되며, 이와 동시에 도메인(42b)의 깊이가 축소하여, 깊이 d2도메인(32b)이 형성된다(제4 공정).
또한, 제2 및 제4 공정의 각 어닐링 후의 분극 반전 도메인의 깊이는 온도가 높을수록 또 어닐링 시간이 길수록 작아지는 경향이 있으며, 예를 들면, 어닐링 온도가 1025℃일 때는 3시간으로 분극 반전 도메인의 깊이는 강유전성 기체의 두께 t의 1/2 정도가 된다. 또한, 제1 공정 및 제3 공정의 각 어닐링 처리의 조건, 즉, 어닐링 온도 및 시간은 서로 상이하더라도 좋으며 동일해도 좋다. 또한, 상술한 도메인의 형성과 어닐링 처리, 즉 제1 및 제3 공정과 제2 및 제4 공정을 복수회 반복함으로써 복수의 서로 다른 깊이를 가지는 분극 반전 도메인을 강유전성 기체 내에 형성할 수 있다.
분극 반전 도메인의 형상은 직방체뿐만아니라, 전극(46)의 형상이나 전하 입자의 조사 패턴 등의 선정에 따라, 예를 들면, 삼각 기둥, 원주 등의 형상으로 할 수 있고, 전극(44, 49)의 형상도 마찬가지로 여러가지의 형상으로 할 수 있다. 도메인벽의 형상이나 갯수도 상술한 것에 한정되지 않는다.
또한, 상술한 전자선 이외의 음의 전하를 가지는 전하 입자를 조사하거나 혹은 도메인의 자발 분극의 양성측의 면에 양의 전하를 가지는 전하 입자, 예를 들면, 양자를 조사함으로써 각각의 도메인을 형성할 수 있다.
다음에, 본 발명이 바람직한 실시 형태의 예를 설명한다.
〔제1 실시 형태〕
도 1 내지 도 3을 참조로 본 발명에 기초하여 제1 실시 형태를 설명한다.
＜전기 광학 소자의 구성＞
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 기초하는 전기 광학 소자(1)는 니오븀산 리튬이나 탄탈산 리튬 등의, 예를 들면, 판형의 강유전성 기체(3)와, 이 강유전성 기체(3) 내에 제작된 소정의 형상의 분극 반전 도메인(2)과, 강유전성 기체(3)의 양 주요면에 제작된 2개의 전극(4, 5)으로 구성되고 있다. 도 2는 전극(4, 5)을 제외한 상부 평면도이다.
전극(4, 5) 간에는 광 빔을 제어하기 위한 필요한 전기 신호가 전원(8)으로부터 인가되도록 구성되어 있다.
입사하는 광 빔 A는 강유전성 기체(3)의 주요면에 수직인 한쪽의 측면(단부면)을 광입사면(6)으로서 이 입사면(6)으로부터 도면 내의 화살표 x 방향으로 입력되며, 강유전성 기체(3) 내를 전파한 후, 대향하는 다른쪽의 측면(단부면)을 광출사면(7)으로 하여 이 입사면(7)으로부터 광 빔 B로서 출력된다. 이 양 단면(6, 7)은 광학적으로 경면 연마되어 있다.
또한, 분극 반전 도메인(2)은, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 광 빔 A의 전파 방향(도 1 내의 x 방향)으로 불규칙하게 형성되어 있으며, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 광 빔 A의 전파 방향과 직교하는 방향(도 1 내의 y 방향)으로도 불규칙하게 형성되어 있다. 따라서, 광 빔 A는 강유전성 기체(3)를 전파하는 동안에 몇개의 도메인벽을 통과한다. 도메인벽을 통과하는 수, 도메인벽에 입사하는 각도, 도메인 내의 전파 거리는 광 빔의 구성 광속마다 다르다. 또한, 이 예에서는 도메인벽은 기체(3)의 주요면에 거의 수직이다.
＜전기 광학 소자의 동작＞
코히어런트성이 높은 광 빔 A의 코히어런트성을 저감시켜서, 스펙클 노이즈의 저감하여 광 빔 B를 출사시키기 위해서는 전기 광학 소자(1) 내를 전파하는 광 빔의 각 구성 광속마다 그 위상 관계의 변화가 시간적으로 심하면 좋다. 왜냐하면, 혹시, 광 빔의 각 구성 광속이 간섭하고, 원래는 스펙클 노이즈를 생기게 하는 것과 같은 경우에도 간섭하는 그 장소에서 각각의 광 빔의 위상 관계가 시간적으로 변화하면, 간섭 조건, 즉 간섭 패턴 또는 스펙클 패턴이 시간적으로 변화한다. 따라서, 사람의 눈으로 볼 때는, 눈이 가지는 특성인 광량의 적분 효과에 의해 그 변화가 시간적으로 적분되므로, 외관 상의 간섭의 효과, 즉 스펙클 노이즈가 없어지기 때문이다.
예를 들면, 전기 광학 소자(1) 내에, 상술한 바와 같이, 랜덤한 형상의 분극 반전 도메인(2)을 랜덤하게 형성하면, 강유전성 기체(3) 내를 전파하는 광 빔 A를 구성하는 광속은 도메인벽을 통과하는 횟수, 도메인벽에 입사하는 각도 및 도메인 내의 전파 거리가 각각 다르게 된다. 이 때문에, 이들의 도메인 부분 외의 부분의 굴절율차는 전기 광학 소자(1)의 전극(4, 5) 간에 인가된 신호 전계에 따라서 변화하기 때문에, 전기 광학 소자(1)를 통과한 후의 광 빔 B의 각 구성 광속의 위상 관계가 신호 전계에 따라서 시간적으로 변화하게 되며 스펙클 노이즈가 저감하게 된다.
그리고, 인가 전압이 0일 때는, 분극 반전 도메인[2 ; 도 3의 도메인(2a, 2b 및 2c)]과, 그 외의 부분, 즉 강유전성 기체(3)의 부분, 예를 들면, 도 3의 3a, 3b, 3c 및 3d와의 굴절율차가 없어지며, 광 빔의 구성 광속의 위상이 완전하게 갖추어지게 된다. 이 때문에, 스펙클 노이즈를 보다 효과적으로 저감하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 0V가 되지 않도록 선택된 신호 전계, 즉 직류 성분이 중첩된 교류 신호를 인가하는 것이 바람직하다.
＜전기 광학 소자의 제작 방법＞
분극 반전 도메인(2)은 예를 들면, 판두께 방향(도 1 내의 z 방향)에 대하여, 한쪽 방향으로 똑같은 자발 분극을 가지는 강유전성 기체에 국소적으로 전계를 인가함으로써, 이 똑같은 자발 분극에 대하여 반대 특성의 자발 분극을 국소적으로 제작할 수 있다.
또한, 예를 들면, 니오븀산 리튬 등의 강유전성 기체(3)의 결정 중에 기체의 한쪽의 주요면에서 기체의 전 두께 혹은 그 도중의 두께까지의 깊이에 걸치는 분극 반전 도메인의 제작 방법에서는, 기판 결정을 퀴리 온도 근방에서 장시간 유지하는 방법, 프로톤을 기판 내에 확산시키는 방법 혹은 전술한 기판의 양 주요면에 형성된 전극 간에 전압을 인가하는 방법, 기판 중 적어도 한쪽의 주요면에 전하를 띤 전하 입자를 조사하는 방법 등을 적용할 수 있다.
강유전성 기체(3)를 구성하는 전극(4, 5)은 증착, 스퍼터링 등의 PVD법(physical vapor deposition : 물리적 기상 증착법)에 의해 대향하는 주요면에 금, 동 또는 알루미늄 등의 도전체를 부착시킴으로써 형성된다. 이들 양 주요면에 형성된 전극(4, 5)은 강유전성 기체(3) 내를 전파하는 광 빔 중 스펙클 노이즈를 저감하고자 하는 부분을 끼우는 만큼의 면적에 걸쳐서 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 각각의 분극 반전 도메인마다 전극을 형성하고, 각 도메인마다 다른 전기 신호를 인가하여도 좋다.
이에 따라, 강유전성 기체(3)는 이들의 전극(4, 5)에 인가되는 제어 신호의 신호 레벨에 따라 내부를 통과하는 광 빔의 각 구성 광속의 위상 관계의 변화를 심하게 하는 기능을 한다. 따라서, 광 빔 A가 코히어런트성이 높은 광 빔이라도 출사하는 광 빔 B는 코히어런트의 저감된 스펙클 노이즈가 적은 광 빔이 된다.
〔제2 실시 형태〕
다음에, 도 4를 참조로 본 발명에 기초하는 제2 실시 형태를 설명한다.
＜전기 광학 소자의 구성＞
도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 기초하는 전기 광학 소자(11)는 니오븀산 리튬이나 탄탈산 리튬 등의 강유전성 기체(13)와, 이 강유전성 기체(13) 내에 제작된 소정의 형상의 분극 반전 도메인(12)과, 강유전성 기체(13)의 양 주요면에 제작된 2개의 전극(14, 15)으로 구성되고 있다.
또한, 전극(14, 15) 간에는, 광 빔을 제어하기 위한 필요한 전기 신호가 전원(18)으로부터 인가되도록 구성되어 있다.
입사하는 광 빔 A는 강유전성 기체(13)의 주요면에 수직인 한쪽의 광입사면(16)으로부터 도 4 내의 화살표 x 방향으로 입력되며, 강유전성 기체(13) 내를 전파한 후, 다른 쪽의 광출사면(17)으로부터 출력된다. 본 실시 형태에서는, 광입사면(16)이 광학적으로 거울면 연마되며, 다른 쪽의 광출사면(17)에는 미세한 요철이 형성되어 있다.
또한, 분극 반전 도메인(12)은 광 빔 A의 전파 방향(도 4 내의 x방향)으로 불규칙하게 형성되어 있으며, 광 빔 A의 전파 방향과 직교하는 방향(도 4 내의 y 방향)으로도 불규칙하게 형성되어 있다. 따라서, 광 빔 A는 강유전성 기체(13)를 전파하는 동안에 몇개의 도메인벽을 통과한다. 도메인벽을 통과하는 수, 도메인벽에 입사하는 각도, 도메인 내의 전파 거리는 광 빔의 구성 광속마다 다르다. 또한, 이 도메인벽은 기체(13)의 주요면에 거의 수직이다.
＜전기 광학 소자의 동작＞
상술한 바와 같이, 코히어런트성이 높은 광 빔 A의 코히어런트성을 저감시켜서 스펙클 노이즈를 저감시키기 위해서는, 상술한 바와 같이, 소자(11) 내를 전파하는 광 빔의 각각의 구성 광속마다 위상 관계의 변화가 시간적으로 심하면 좋다. 즉, 상술한 바와 같이, 만약 광 빔의 각 구성 광속이 간섭하고, 원래 스펙클 노이즈가 생기게 되도록 하는 경우라도, 간섭하는 그 장소에서의 각 광 빔의 위상 관계가 시간적으로 변화함으로써 간섭 조건, 즉 간섭 패턴 또는 스펙클 패턴이 시간적으로 변화하여, 사람의 눈으로 볼 때는 눈이 가지는 특성에 의해서 스펙클 노이즈가 없어지기 때문이다.
그리고, 본 실시 형태에서도, 전기 광학 소자(11) 내에 상술한 바와 같은 랜덤한 형상의 분극 반전 도메인(12)을 랜덤하게 형성하면, 강유전성 기체(13) 내를 전파하는 광 빔의 구성 광속은 도메인벽을 통과하는 횟수, 도메인벽에 입사하는 각도 및 도메인 내의 전파 거리가 각각 다르게 된다. 이 때문에, 이들의 도메인 부분과 그 외의 부분의 굴절율차는 전기 광학 소자(11)의 전극(14, 15) 간에 인가된 신호 전계에 따라서 변화하기 때문에, 전기 광학 소자(11)를 통과한 후의 광 빔의 각 구성 광속의 위상 관계가 신호 전계에 따라서 시간적으로 변화하게 되며 스펙클 노이즈가 저감하게 된다.
또한, 본 제2 실시 형태에서는, 전기 광학 소자(11)의 광출사면(17)에 미세한 요철을 실시함으로써, 이 요철에 의해서 광파의 각 부분의 파면의 변화가 심하므로, 직류 성분이 중첩되지 않은 교류 신호로도 할 수 있다.
＜전기 광학 소자의 제작 방법＞
제1 실시 형태와 마찬가지의 방법에 따를 수 있다. 즉, 분극 반전 도메인(12)은, 예를 들면, 판두께 방향(도 4 내의 z 방향)에 대하여, 한쪽 방향으로 똑같은 자발 분극을 가지는 강유전성 기체(13)에 국소적으로 전계를 인가함으로써, 이 똑같은 자발 분극에 대하여 반대 특성의 자발 분극을 국소적으로 제작할 수 있다.
또한, 예를 들면, 니오븀산 리튬, 탄탈산 리튬 등의 강유전체성 기체(3)의 결정 내에 기체의 한쪽의 주요면에서 기판의 두께 또는 그 도중의 두께까지의 깊이에 걸치는 분극 반전 도메인의 제작법에서는, 기판 결정을 퀴리 온도 근방에서 장시간 보유하는 방법, 티탄이나 프로톤을 기판 내에 확산시키는 방법, 기판의 양 주요면에 형성된 전극 간에 전압을 인가하는 방법, 기판 내 적어도 한쪽의 주요면에 전하를 띤 전하 입자를 조사하는 방법 등을 적용할 수 있다.
강유전성 기체(13)를 구성하는 전극(14, 15)의 형성도 상술한 바와 같이, 증착, 스퍼터링 등의 PVD법에 의해 대향하는 주요면에 금, 동 또는 알루미늄 등의 도전체를 부착함으로써 형성된다. 이들 양 주요면에 형성된 전극(14, 15)은 강유전성 기체(13) 내를 전파하는 광 빔 중 스펙클 노이즈를 저감하고자 하는 부분을 끼울 만큼의 넓은 면적에 걸쳐서 형성하는 것이 바람직하지만, 각각의 분극 반전 도메인마다 전극을 형성하고, 각 도메인마다 인가하는 전기 신호를 다른 전기 신호로도 할 수 있다.
이에 따라, 강유전성 기체(13)는 이들의 전극(14, 15)에 인가되는 제어 신호의 신호 레벨에 따라 내부를 통과하는 광 빔의 위상 관계의 변화가 심한 기능을 한다. 따라서, 광 빔 A가 코히어런트성이 높은 광 빔이라도, 출사하는 광 빔 B는 코히어런트가 저감된 스펙클 노이즈가 적은 광 빔이 된다.
또한, 전기 광학 소자(11)의 광출사면(17)에는 미세한 요철이 실시되지만, 이 미세한 요철은 광출사면(17)을 비교적 거친 입자로 연마함으로써 형성할 수 있다.
〔제3 실시 형태〕
다음에, 도 5를 참조로 본 발명에 기초하는 제3 실시 형태를 설명한다.
＜전기 광학 소자의 구성＞
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 기초하는 전기 광학 소자(21)는 니오븀산 리튬이나 탄탈산 리튬 등의 강유전성 기체(23)와, 이 강유전성 기체(23) 내에 제작된 소정의 형상의 분극 반전 도메인(22a, 22b, 22c, 및 22d)과, 강유전성 기체(23)의 양 주요면에 제작된 2개의 전극(24, 25)으로 구성되어 있다.
또한, 전극(24, 25) 간에는 광 빔을 제어하기 위한 소정의 전기 신호가 전원(도시하지 않음)으로부터 인가되도록 구성되어 있다.
입사하는 광 빔 A는 강유전성 기체(23)의 주요면에 수직인 한쪽 측면에서의 광입사면(26)으로부터 입력되어 강유전성 기체(23) 내를 전파한 후, 다른 쪽의 측면의 광출사면(27)으로부터 광 빔 B로서 출력된다. 또한, 이들 광입사면 및 출사면(26, 27)은 광학적으로 거울면 연마되어 있다.
또한, 분극 반전 도메인(22a, 22b, 22c, 및 22d)은 광 빔 A의 전파 방향으로 불규칙하게 형성되어 있으며, 광 빔 A의 전파 방향과 직교하는 방향(도시하지 않음) 및 깊이 방향으로도 불규칙하게 형성되어 있다. 따라서, 광 빔 A는 강유전체 기체(23)를 전파하는 동안에 몇개의 도메인벽을 통과한다. 도메인벽을 통과하는 수, 도메인벽에 입사하는 각도, 도메인 내의 전파 거리는 광 빔의 구성 광속마다 다르다. 또한, 이 도메인벽은 기체(23)의 주요면에 거의 수직이다. 즉, 예를 들면, 도시한 바와 같이, 분극 반전 도메인(22a)은 길이 w1, 깊이 d1을, 분극 반전 도메인(22b)은 길이 w2, 깊이 d2를, 분극 반전 도메인(22c)은 길이 w3, 깊이 d3을, 분극 반전 도메인(22d)은 길이 w4, 깊이 d4를 가진다는 것과 같이 분극 반전 도메인(22a, 22b, 22c, 및 22d)은 각각 광 빔의 전파 방향의 길이 w, 깊이 d, 더욱 도시하지 않았지만 횡폭도 다른, 즉 랜덤하게 형성되어 있다.
＜전기 광학 소자의 동작＞
코히어런트성이 높은 광 빔 A의 코히어런트성을 저감시키고, 스펙클 노이즈가 저감된 광 빔 B를 출사시키기 위해서는 전파하는 광 빔 각각의 구성 광속마다 위상 관계의 변화가 시간적으로 심하다. 즉, 전술한 실시 형태에서와 마찬가지로, 광 빔 각각의 구성 광속이 간섭하고, 원래 스펙클 노이즈를 생기게 하는 것과 같은 경우에도 간섭하는 그 장소에서의 각 광 빔의 위상 관계의 시간적 변화에 따라 간섭 조건, 즉 간섭 패턴 또는 스펙클 패턴이 시간적으로 변화하여, 사람의 눈으로 볼 때 눈이 가지는 특성에 의하여 스펙클 노이즈가 없어진다.
본 실시 형태에서의 것과 같이, 전기 광학 소자(21) 내에 랜덤하게 형상의 분극 반전 도메인(22a, 22b, 22c, 및 22d)을 랜덤하게 형성하면, 강유전성 기체(23) 내를 전파하는 광 빔의 구성 광속은 도메인벽을 통과하는 횟수, 도메인벽에 입사하는 각도 및 도메인 내의 전파 거리가 각각 달라진다. 이 때문에, 이들의 도메인 부분과 그 외의 부분의 굴절율차는 전기 광학 소자(21)의 전극(24, 25) 간에 인가된 신호 전계에 따라 변화하기 때문에, 전기 광학 소자(21)를 통과한 후의 광 빔의 각 구성 광속의 위상 관계가 신호 전계에 따라서 시간적으로 변화하게 되며 스펙클 노이즈가 저감하게 된다.
전술한 실시 형태에서는, 분극 반전 도메인을 강유전성 기체의 한쪽 주요면에서 다른쪽의 주요면에 도달하는 깊이로 한 경우이며, 이 경우, 광 빔의 각 구성 광속 중에서 강유전성 기체의 깊이 방향에 관해서는 위상 관계가 갖추어지게 되는 경우가 있다. 단, 제2 실시예와 같이, 전기 광학 소자의 입출사 단면 중 적어도 한쪽에 미세한 요철을 실시할 때는 이 위상 관계가 갖추어지는 것을 억제할 수 있다.
이에 대하여, 본 실시 형태에서의 분극 반전 도메인은, 상술한 바와 같이, 강유전성 기체(23) 내에 형성된 각 도메인(22)의 깊이 d를 불규칙하게 형성한 것으로, 이 경우, 강유전성 기체(23)의 깊이 방향으로도 굴절율차에 변화를 주는 것이 광 빔의 깊이 방향의 각 구성 광속의 위상 관계가 갖추어지게 되기 때문에 회피할 수 있다.
＜전기 광학 소자의 제작 방법＞
분극 반전 도메인은 판두께 방향에 대하여 한쪽 방향으로 똑같은 자발 분극을 가지는 강유전성 기체에 국소적으로 전계를 인가함으로써, 이 똑같은 자발 분극에 대하여 반대 특성의 자발 분극을 국소적으로 제작할 수 있다. 또한, 본 실시 형태와 같이, 강유전성 기체의 깊이 방향으로 랜덤한 깊이를 가지는 분극 반전 도메인을 제작하기 위해서는 전술한 도 6 내지 도 8에 도시한 방법을 적용할 수 있다.
강유전성 기체를 구성하는 전극도, 전술한 바와 같은 증착, 스퍼터링 등의 PVD법에 의해 대향하는 주요면에 금, 동, 알루미늄 등의 도전체를 부착함으로써 형성된다. 이들 양 주요면에 형성된 전극은 강유전체 기체 내를 전파하는 광 빔 중 스펙클 노이즈를 저감하고자 하는 부분을 끼우는 것만큼의 넓은 면적에 걸쳐 형성하는 것이 바람직하지만, 분극 반전 도메인을 여러개 형성하는 경우는 각각의 분극 반전 도메인마다 전극을 형성하고, 각 도메인마다 다른 전기 신호를 인가할 수도 있다.
이에 따라, 강유전성 기체(23)는 이들의 전극(24, 25)에 인가되는 제어 신호의 신호 레벨에 따라 내부를 통과하는 광 빔의 위상 관계의 변화를 심하게 하는 기능을 한다. 따라서, 광 빔 A가 코히어런트성이 높은 광 빔이라도 출사하는 광 빔 B는 코히어런트가 저감된 스펙클 노이즈가 적은 광 빔이 된다.
또한, 본 실시 형태에서도 전기 광학 소자의 광입출사 단면과 광출사면 중 적어도 한쪽 단부면을 미세한 요철면으로 할 수 있다.
전술한 각 실시 형태에 따르면, 광 빔 내의 위상 관계의 변화가 시간적으로심하며 광 빔의 코히어런트성을 효과적으로 저감하고 스펙클이 충분히 제거될 수 있으며 모터 등을 가동할 필요가 없으므로, 장치의 소형화가 가능하며 소비 전력도 충분히 작게 억제할 수 있다.
따라서, 레이저광 등의 코히어런트성이 높은 광 빔의 위상 관계가 변화가 심하며, 코히어런트성이 저감된 광 빔이 간단한 구성의 광학 소자에 의해서 용이하게 얻어지게 된다. 이와 같이, 코히어런트성이 저감된 광 빔, 특히 레이저광은, 예를 들면, 프로젝터 장치 등의 조명광이나 레이저 디스플레이 등의 광원에 이용할 수 있다.
상술한 각 실시 형태에서는 단일한 강유전성 기체에 의해서 전기 광학 소자를 구성하고, 서로 대향하는 단부면을 광 빔의 입사면 및 출사면으로 하고, 광 빔의 전파 방향을 주요면 방향으로 한 경우이지만, 본 발명에 따른 전기 광학 소자는 이 구성에 한정되는 것은 아니다.
즉, 예를 들면, 도 9 내지 도 17에 그 개략 단면도를 나타낸 바와 같이, 분극 반전 도메인을 형성한 강유전성 기체의 양 주요면측을 광 빔의 입사면 및 출사면으로 하든지 한쪽의 주요면을 광 빔의 입사면 및 출사면으로 하든지, 예를 들면, 각각 분극 반전 도메인을 형성한 복수의 강유전성 기체를 적층하여 1개의 전기 광학 소자를 구성하는 등, 여러가지의 실시 형태를 채용할 수 있다.
예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 분극 반전 도메인(도시하지 않음)이 형성된 강유전성 기체(51)의 양 주요면에, 예를 들면, ITO(인듐석 산화물)막 등의 투명 도전막에 의한 대향 전극(52, 53)을 피착 형성하고, 이들 전극(52, 53)을 입사광 빔 A의 입사면 및 출사광 빔 B의 출사면으로 한다. 즉, 이 경우, 강유전성 기체(51) 내의 광의 전파 방향은 강유전성 기체(51)의 두께 방향 혹은 두께 방향에 거의 따르는 방향으로 한다.
또는, 도 10에 도시한 바와 같이, 분극 반전 도메인(도시하지 않음)이 형성된 강유전성 기체(51)의 한쪽의 주요면에 투명 전극에 의한 전극(52)을 형성하고, 이 전극(52)측을 광 빔의 입사면 및 출사광 빔 B의 출사면으로 한다. 그리고, 다른쪽의 주요면에 반사율이 높은, 예를 들면 Al에 의한 전극(53)을 피착 형성하고, 입사빔을 강유전성 기체(51) 내에서 전극(53)에 의해 반사시켜서, 광로 길이를 도 9의 경우와 비교하여 길게 하는 구성으로 할 수 있게 된다.
또한, 혹은 도 11에 도시한 바와 같이, 양 전극(52)을 모두 반사율이 높은 예를 들면, Al에 의한 전극으로 하고, 전극(52)을 강유전성 기체(51)의 일주면의 일부에 형성하고, 이 전극(52)의 배치부의 양측에서 각각 광 빔 A의 입사면과 광 빔 B의 출사면으로 한다. 즉, 이 경우에서는, 양 전극(52, 53)의 내면으로 강유전성 기체(51) 내에 입사된 광 빔을 반사시켜서, 강유전성 기체(51)의 두께 방향으로 2번 이상 왕복시켜 그 광로 길이를 길게 구성한 경우이다.
또한, 도 12에 나타내는 예에서는, 강유전성 기체(51)의 주요면과 인접하는 서로 대향하는 측면을 경사면으로 하여, 예를 들면, 단면 사다리꼴로서 각 사면을 입사면 및 출사면으로 한 경우이다. 이 경우에서도, 양 전극(52, 53)의 내면으로 강유전성 기체(51) 내에 입사된 광 빔을 반사시켜 그 광로 길이를 도 9의 경우에 비하여 길게 구성한 경우이다.
이들 도 9 내지 도 12의 각 예에서 전술한 구동 방법을 이용한다. 즉, 양 전극(51, 52) 간에 전술한 필요한 전기 신호를 인가함으로써, 광 빔 A의 코히어런트성이 저감한 광 빔 B를 추출할 수 있다.
또한, 도 13 내지 도 17에 나타내는 예에서는, 각각 분극 반전 도메인(도시하지 않음)이 형성된 강유전성 기체(51)를 복수 적층한 적층체(60)에 의해서 전기 광학 소자를 형성한 경우이다.
도 13에 도시한 예에서는, 복수의 강유전성 기체(51)를 적층한 적층체(60)의 양 외측에 위치하는 강유전성 기체(51)의 외측의 주요면에 각각 투명 전극(52, 53)을 배치함과 함께, 각 강유전성 기체(51) 간에 투명 전극에 의한 중간 전극(54)을 배치한 경우이다.
그리고, 전극(52)측을 광 빔 A의 입사면으로 하고 다른쪽의 전극(53)측을 광 빔 B의 출사면으로 한 것이다.
또한, 도 14는 도 13의 구성에서 전극(53)을 고반사율을 가지는 전극으로서, 전극(52)측을 광 빔 A의 입사면 및 광 빔 B의 출사면으로 하여 전극(53)의 내면에서의 반사에 의해서 적층체(60)의 적층 방향으로 광을 왕복시키도록 한 경우이다.
도 15에 나타낸 예에서는, 적층체(60)의 양면의 전극(51, 52)을 모두 반사율이 높은 전극, 예를 들면, Al에 의한 전극으로서, 전극(52)을 강유전성 기체(51)의 일 주면의 일부 형성하여, 이 전극(52)의 배치부의 양측에서 각각 광 빔 A의 입사면과 광 빔 B의 출사면으로 한 경우이다. 이 경우에서도 양 전극의 내면으로 광 빔을 반사시켜서, 적층체(60)의 두께 방향으로 광 빔을 2번 이상 왕복시킬 수 있도록 한 경우이다.
또한, 도 16은, 도 15의 구성에서 적층체(60)의 서로 대향하는 측면을 경사면, 예를 들면, 단면 사다리꼴로서 각 사면을 입사면 및 출사면으로 한 경우이다. 이 경우에서도, 양 전극(52, 53)의 내면으로 강유전성 기체(51) 내에 입사된 광 빔을 반사시켜서 그 광로 길이를 길게 구성한 경우이다.
또한, 도 17은 적층체(60)의 서로 대향하는 측면을 각각 광의 입사면 및 출사면으로 한 경우이다. 그리고, 이 경우 각 전극은 투명 전극이다.
도 13 내지 도 17에서 도시한 적층 구조를 채용할 때는 각 강유전성 기체(51)의 양면에 상술한 전기 신호를 순차 역극성에 인가한다. 이에 따라, 상술한 바와 같이, 광 빔의 구성 광속을 서로 위상 어긋남이 생기도록 할 수 있으며, 광 빔 A에 비하여 광 빔 B의 코히어런트성을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기 광학 소자, 구동 방법 및 그 제조 방법은 상술한예로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 구동 방법에서, 상기 전극에 인가하는 소정의 전기 신호는, 전술한 바와 같이, 직류 성분이 중첩한 교류 신호, 통상의 교류 신호 외, 예를 들면, 펄스형 신호나 직류 신호라도 좋다.
전기 신호의 주파수는, 예를 들면, 30㎐ 이상의 인간의 눈으로는 이미 식별할 수 없는 속도이며, 또한 현행의 NTSC 방식의 프레임수(30프레임/초)에 대응할 수 있는 주파수로 할 수 있다. 또한 단일 주파수일 필요는 없다. 또한, 인가하는 전기 신호에서의 전압은 특히 제한은 없지만 최저 전압의 목표로서,
(1/λ)×E×n3×r×
{(도메인 부분의 전파 거리가 가장 긴 광속의 도메인 부분의 전파 거리)
-(도메인 부분의 전파 거리가 가장 짧은 광속의 도메인 부분의 전파 거리)}
＞1/2
(단, λ : 광의 파장
E : 인가 전계(=인가 전압/ 기판의 두께)
n : 기판의 굴절율
r : 전기 광학 상수)
로 나타내는 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 이것은 소자에서의 각 광 빔을 구성하는 광속의 최대 위상차가 λ/2(=π) 이상이 되도록 전압을 인가하는 것을 의미한다.
또한, 분극 반전 도메인의 형상은 상술한 바와 같은 원주형이나 기둥형은 아니고, 예를 들면, 삼각 기둥형이나 별형 기둥형 등의 다각형이라도 좋다.
또한, 광 빔입사측에 편광자, 광 빔출사측에 검광자를 배치하든지 어느 한쪽만을 배치할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기 광학 소자를 투과형 파장 필터 및 광강도 변조기로서 직렬로 나란히 함으로써 광 빔의 위상 정합과 강도 변조를 동시에 행할 수 있다.
또한, 강유전성 기체로서 이용한 니오븀산 리튬은 LiNbO3으로 나타내는 화합물이며, LiNbxTa1-x(단지, 0≤x≤1)의 결정으로 이루어지는 것이지만, 이외에 상기 강유전성 기체로서는 탄탈산 리튬(LiTiTaO3)이나 KTP(KTiOPO4) 등의 공지의 강유전성 결정을 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 전기 광학 소자에 따르면, 강유전성 기체에서의 광 빔의 통과 단면 내에서 광 빔을 구성하는 광속의 위상을 서로 랜덤하게 차이나도록 하기 위한 위상 변위 수단을 설치하는 것으로, 강유전성 기체를 전파하는 코히어런트성이 높은 광 빔을 본 발명에 따른 구동 방법에 의해서 분극 반전 도메인과 강유전성 기체 간에 굴절율차를 생기하고, 또한 시간적으로 변화시켜서 광 빔의 구성 광속마다 각각 서로 다른 위상에 효과적으로 변화시키는 것이다. 따라서, 효과적으로 입사광 빔의 코히어런트성을 저감한 광 빔을 얻을 수 있다.
이에 따라, 스펙클 노이즈를 충분하게 저감할 수 있으며 모터 등의 가동부를 필요로 하지 않으므로, 장치의 소형화가 가능하며 또한 소비 전력도 충분히 작게 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 상술한 본 발명에 따른 전기 광학 소자를 제조함에 있어서, 강유전성 기체에 제1 분극 반전 도메인을 형성하고, 이것을 소정 깊이로 축소하고, 그 후 다시 제2 분극 반전 도메인을 형성한다고 하는 공정으로 함으로써, 깊이 방향으로 불규칙한 분극 반전 도메인을 가지는 전기 광학 소자를 재현가능하게 제조할 수 있는 것이다.

Claims (27)

  1. 전기 광학 효과를 갖는 강유전성 기체(基體)와,
    상기 강유전성 기체에 전계를 인가하는 적어도 한 쌍의 전극
    을 포함하며,
    면이 형성되며,
    상기 강유전성 기체의, 상기 광 빔의 입사면과 출사면 간의 상기 강유전성 기체 내의 광 빔 전파 통로에 복수의 분극 반전 도메인이 형성되며,
    상기 분극 반전 도메인에 의해서 상기 광 빔을 구성하는 광속의 위상을 서로 불규칙하게 차이나도록 하는 위상 변위 수단을 구성한 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  2. 전기 광학 효과를 갖는 복수의 강유전성 기체가 적층되어 구성되는 적층체와,
    상기 적층체의 각 강유전성 기체의 적층 사이와 상기 적층체의 최외측면에 각각 전극이 형성되며, 적어도 상기 적층 사이에 배치된 전극이 투명 전극으로 구성되며,
    상기 적층체에 광 빔의 입사면과 출사면이 형성되며,
    상기 광 빔의 입사면과 출사면 사이의 상기 각각의 강유전성 기체 내의 광 빔 전파 통로에 복수의 분극 반전 도메인이 형성되며,
    상기 분극 반전 도메인에 의해 상기 광 빔을 구성하는 광속의 위상을 서로 불규칙하게 차이나도록 하는 위상 변위 수단을 구성한 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 분극 반전 도메인이 적어도 상기 광 빔의 전파 방향으로 불규칙하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 분극 반전 도메인이 상기 광 빔의 전파 방향과 거의 직교하는 방향으로 불규칙하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 분극 반전 도메인의 깊이가 불규칙하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 빔이 상기 분극 반전 도메인의 도메인벽을 적어도 2개 통과하도록 한 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분극 반전 도메인의 도메인벽 중 적어도 1개가 전극 형성면에 수직 내지 거의 수직으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 빔의 입사면과 출사면 한쪽 또는 양쪽이 거친면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전극 중 적어도 한쪽이 투명 전극으로 구성되며, 상기 투명 전극을 통해 상기 광 빔의 입사 및 출사 중 적어도 한쪽을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자
  10. 제2항에 있어서, 상기 적층체의 최외측에 배치된 전극 중 적어도 한쪽이 투명 전극으로 구성되며, 상기 투명 전극을 통해 상기 광 빔의 입사 및 출사 중 적어도 한쪽을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강유전성 기체 표면 중 적어도 일부에 반사면이 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자.
  12. 전기 광학 효과를 갖는 강유전성 기체와, 상기 강유전성 기체에 전계를 인가하는 적어도 쌍의 전극을 가지며, 상기 강유전성 기체에 광 빔의 입사면과 출사면이 형성되며, 상기 강유전성 기체의 상기 광 빔의 입사면과 출사면 사이의 상기 강유전성 기체 내의 광 빔 전파 통로에 복수의 분극 반전 도메인이 형성되며, 상기 분극 반전 도메인에 의해 상기 광 빔을 구성하는 각 부분 광속의 위상을 서로 불규칙하게 차이나도록 하는 위상 변위 수단을 구성한 전기 광학 소자에서,
    상기 전극 사이에 필요한 전기 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 구동 방법.
  13. 전기 광학 효과를 갖는 복수의 강유전성 기체가 적층되어 구성되는 적층체와, 상기 적층체의 각 강유전성 기체의 적층 사이와 상기 적층체의 최외측면에 각각 전극이 형성되며, 적어도 상기 적층 사이에 배치된 전극이 투명 전극으로 구성되며, 상기 적층체에 광 빔의 입사면과 출사면이 형성되며, 상기 광 빔의 입사면과 출사면 사이의 상기 각각의 강유전성 기체 내의 광 빔 전파 통로에 복수의 분극 반전 도메인이 형성되며, 상기 분극 반전 도메인에 의해 상기 광 빔을 구성하는 부분 광속의 위상을 서로 불규칙하게 차이나도록 하는 위상 변위 수단을 구성한 전기 광학 소자에서,
    상기 전극 사이에 필요한 전기 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 구동 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전극에 교류 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 구동 방법.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전극에 직류 성분을 중첩한 교류 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 구동 방법.
  16. 전기 광학 효과를 갖는 강유전성 기체와, 상기 강유전성 기체에 전계를 인가하는 적어도 쌍의 전극을 가지며, 상기 강유전성 기체에 광 빔의 입사면과 출사면이 형성되며, 상기 강유전성 기체의 상기 광 빔의 입사면과 출사면 사이의 상기 강유전성 기체 내의 광 빔 전파 통로에 복수의 분극 반전 도메인이 형성되며, 상기 분극 반전 도메인에 의해 상기 광 빔을 구성하는 각 부분 광속의 위상을 서로 불규칙하게 차이나도록 하는 위상 변위 수단을 구성한 전기 광학 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 강유전성 기체의 일부에 그 한쪽의 주요면에서 상기 강유전성 기체의 두께 방향의 전부 혹은 일부에 걸쳐 제1 분극 반전 도메인을 형성하는 제1 공정과,
    상기 강유전성 기체를 그 퀴리 온도 이하의 소정의 온도에서 소정의 시간 유동안 보유하여, 상기 제1 분극 반전 도메인의 깊이를 축소하는 제2 공정과,
    상기 강유전성 기체의 다른 일부에 그 한쪽의 주요면에서 상기 강유전성 기체의 두께 방향의 전부 혹은 일부에 걸쳐 제2 분극 반전 도메인을 형성하는 제3 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  17. 전기 광학 효과를 갖는 복수의 강유전성 기체가 적층되어 구성되는 적층체와, 상기 적층체의 각 강유전성 기체의 적층 사이와 상기 적층체의 최외측면에 각각 전극이 형성되며, 적어도 상기 적층 사이에 배치된 전극이 투명 전극으로 구성되며, 상기 적층체에 광 빔의 입사면과 출사면이 형성되며, 상기 광 빔의 입사면과 출사면 사이의 상기 각각의 강유전성 기체 내의 광 빔 전파 통로에 복수의 분극 반전 도메인이 형성되며, 상기 분극 반전 도메인에 의해 상기 광 빔을 구성하는 부분 광속의 위상을 서로 불규칙하게 차이나도록 하는 위상 변위 수단을 구성한 전기 광학 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 강유전성 기체의 일부에 그 한쪽의 주요면에서 상기 강유전성 기체의 두께 방향의 전부 혹은 일부에 걸쳐 제1 분극 반전 도메인을 형성하는 제1 공정과,
    상기 강유전성 기체를 그 퀴리 온도 이하의 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 보유하여, 상기 제1 분극 반전 도메인의 깊이를 축소하는 제2 공정과,
    상기 강유전성 기체의 다른 일부에 그 한쪽의 주요면에서 상기 강유전성 기체의 두께 방향의 전부 혹은 일부에 걸쳐 제2 분극 반전 도메인을 형성하는 제3 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제3 공정에서, 상기 강유전성 기체의 대향한 양 주요면에 전극을 각각 설치하고 상기 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 상기 제1 및 제2 분극 반전 도메인을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제3 공정에서, 상기 강유전성 기체의 자발 분극의 음성측 또는 양성측의 면에 음 또는 양의 전하를 갖는 전하 입자를 조사함으로써 상기 제1 및 제2 분극 반전 도메인을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제2 공정에서, 상기 강유전성 기체를 그 퀴리 온도보다 낮은 소정의 온도에서 보유하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  21. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 강유전성 기체를 LiNbxTa1-xO3(단, 0≤x≤1)의 결정에 의해서 구성하고, 퀴리 온도 이하의 소정의 온도에서 대기 중 또는 산소 분위기 중에 보유하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  22. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 강유전성 기체를 LiNbO3의 결정에 의해서 구성하고, 상기 강유전성 기체를 300℃ ∼ 1150℃에서 순간 내지 30시간 동안 대기 중 또는 산소 분위기 중에 보유하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  23. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 분극 반전 도메인을 적어도 상기 광 빔의 전파 방향으로 불규칙하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  24. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 복수의 분극 반전 도메인을 상기 광 빔의 전파 방향과 직교하는 방향으로 불규칙하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  25. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 복수의 분극 반전 도메인의 깊이가 불규칙하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  26. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 광 빔이 상기 분극 반전 도메인의 도메인벽을 적어도 2개 통과하도록 한 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
  27. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 분극 반전도메인의 도메인벽 중 적어도 하나가 전극 형성면에 수직 내지 거의 수직으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기 광학 소자의 제조 방법.
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