(57)【要約】【課題】低電圧で大きな変調量が得られる空間光変調器を提供する。【解決手段】後方から前方に向かって、基板６、金属電極層５、電気光学結晶層４、透明電極層１０３、および誘電体ミラー層２がこの順に積層されてなり、透明電極層と金属電極層の少なくとも一方は、複数の波長成分の光のそれぞれに個別に対応する複数のセル電極（５０ａ〜５０ｃ）から構成され、外部に設けられた駆動回路１６により、透明電極層ｋと前記セル電極との間に電圧が印加されると、各セル電極のそれぞれに対応して前方から入射する各波長成分の光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）が強度変調されて前方へ出力され、前方から見たときに、各セル電極のそれぞれが占有する領域における前後方向の厚さが異なっていることで、各セル電極のそれぞれの領域に入射される波長成分の光のそれぞれに対して異なる位相差があらかじめ与えられている。【選択図】図４
2014219495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方から入射された複数の波長成分の光のそれぞれに対して強度を変調して出力する空間光変調器であって、
後方から前方に向かって、基板、反射板を兼ねる金属電極層、電気光学効果を有する薄膜状の電気光学結晶からなる電気光学結晶層、透明電極層、および誘電体ミラー層がこの順に積層されてなり、
前記透明電極層と金属電極層の少なくとも一方は、前記複数の波長成分の光のそれぞれに個別に対応する複数のセル電極から構成され、
外部に設けられた駆動回路により、前記透明電極層と前記セル電極との間に電圧が印加されると、各セル電極のそれぞれに対応して前方から入射する各波長成分の光が強度変調されて前方へ出力され、
前方から見たときに、各セル電極のそれぞれが占有する領域における前後方向の厚さが異なっていることで、各セル電極のそれぞれの領域に入射される波長成分の光のそれぞれに対して異なる位相差があらかじめ与えられている、
ことを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
請求項１において、前記各セル電極のそれぞれが占有する領域ごとに、前記電気光学結晶層の前後方向の厚さが異なっていることを特徴とする空間光変調器。
【請求項３】
請求項１または２において、前記各セル電極のそれぞれが占有する領域ごとに、前記透明電極層の前後方向の厚さが異なっていることを特徴とする空間光変調器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記各セル電極のそれぞれに対応する領域ごとに、  前記誘電体ミラー層の前後方向の厚さが異なっていることを特徴とする空間光変調器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記各セル電極のそれぞれに対応する領域ごとに、前後の厚さが異なる光透過性材料からなる中間層が、前記誘電体ミラー層と前記金属電極層までのいずれかの層間に介在していることを特徴とする空間光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可変光利得等化器などに利用される空間光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーを用いた光通信ではデータ伝送媒体となる光がその伝搬中に減衰するため、一定の間隔で光を増幅させてやる必要があり、その光の増幅を行う装置が光アンプである。光アンプとしては、エルビウムドープファイバー（ＥＤＦ）を用いた自己増幅型の光アンプ（ＥＤＦＡ）がよく知られている。しかし、ＥＤＦはそれ自体の励起準位寿命が長いため、ランダムバースト信号の発生などによって利得が変動するという問題がある。
【０００３】
そして光波長多重通信では、分割された各波長の光信号にとって他の波長の光信号が雑音として作用することになるため、分割された波長ごとに変動する利得を平準化する必要があり、その利得を自動的に平準化する装置が可変光利得等化器である。本発明の対象である空間光変調器はこの可変光利得等化器などに利用される。
【０００４】
図１に可変光利得等化器の構成図を示した。この図に示したように、光波長分割多重通信網を構成する伝送路Ｌを伝搬する光線は、光サーキュレーターＣによって分岐され、その分岐先の光ファイバーＦＢの末端から出射し、可変光利得等化器１０へ案内される。そして、可変光利得等化器１０は、コリメートレンズ１１、回折格子１２、テレセントリックレンズ１５、空間光変調器１、および空間光変調器１を駆動するための駆動回路１６から構成されている。
【０００５】
可変光利得等化器１０において、光サーキュレーターＣを経て光ファイバーＦＢより出射した光Ｌ１は、コリメートレンズ１１により平行光Ｌ２に変換され、その平行光Ｌ２が回折格子１２に入射する。回折格子１２は、入射光Ｌ２に対して直交する方向（図中、紙面奥行き方向）に延長する溝１３が平行に配列された構造を有するとともに、その光の入射面１４が入射光Ｌ２に対して所定の角度で傾いている。そして、回折格子１２は、入射光Ｌ２に含まれる各波長成分の光Ｌ３を、溝１３の延長方向に対して直交する方向に波長に応じた角度で屈折させて出射する。回折格子１２にて分光された各波長成分の光Ｌ３は、テレセントリックレンズ１５に入射し、各波長のそれぞれに対応する多数の光束Ｌ４として出射される。そして、その出射光Ｌ４が空間光変調器１に入射する。
【０００６】
空間光変調器１には電界を印可することで屈折率が変化する電気光学効果（ＥＯ効果）を利用したものがある。本発明の対象となる空間光変調器もそのＥＯ効果を利用したものである。図１に示した空間光変調器１は、ＰＬＺＴやＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３の化学式で表される物質（以下、ＫＴＮ）などの電気光学結晶からなる層（電気光学結晶層）４の両面に薄膜の電極層（３、５）が配置された構成である。この例では、空間光変調器１における光の入射側は透明電極層３であり、その光Ｌ４の入射側を前方とするとともに、光Ｌ４の進行方向を前後方向とすると、当該空間光変調器１は、前方から後方に向かって誘電体ミラー層２、透明電極層３、電気光学結晶層４、反射板を兼ねる金属電極層５、および基板６がこの順に積層された構造となっている。また、金属電極層５は、各波長の光Ｌ４に対応する個別のセル電極５０から構成されている。もちろん、セル電極は透明電極層３に形成されていてもよい。
【０００７】
そして上記構成の空間光変調器１は、ファブリペロー共振器として動作する。すなわち、駆動回路１６により透明電極層３と金属電極層５との間に可変電圧による電気信号が印加されることによって電気光学結晶層４の電気光学特性（例えばカー効果などの電気光学効果に基づく屈折率、電歪効果に基づく光路長）を制御する。すなわち位相差を変化させる。それによって、入射した光は、電気光学結晶層４を挟持する誘電体ミラー２と反射板である金属電極層５間で多重反射しながらその位相差に応じた波長で共振し、入射した各波長成分の光Ｌ４の中心波長がシフトする。その結果、利得が各波長成分の光ごとに個別に調整される。利得が調整された光は、前方のテレセントリックレンズ１５方向に向けて出射し、この空間光変調器１からの出射光は、入射光Ｌ４と逆の光路（Ｌ４→Ｌ３→Ｌ２→Ｌ１）を辿り、最終的に光サーキュレーターＣを介して伝送路Ｌに戻される。
【０００８】
図２と図３に、空間光変調器１の動作を説明するための図を示した。図２は空間光変調器１の構造を示す図であり、分光方向を縦方向としたときに入射光Ｌ４の光路を側方から見たときの縦断面図である。また、ここでは動作を理解し易くするために構造を簡略化して示している。そしてこの空間光変調器１には、短波長側から波長ａｎｍの光（ａ光）Ｌａｉ、ｂｎｍの光（ｂ光）Ｌｂｉ、およびｃｎｍの光（ｃ光）Ｌｃｉ三つの波長の光に対応して三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）が設けられて、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の配置位置に前方からこれらａ光〜ｃ光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）がそれぞれ個別に入射されることとしている。
【０００９】
図３は、図２に示した空間光変調器１の変調性能を示す図であり、当該図３では、空間光変調器１に入射した光Ｌ４の強度と当該空間光変調器１にて強度変調されて前方に出射した光（Ｌａｏ〜Ｌｃｏ）の強度との比（以下、反射損失：ｄＢ）の波長依存特性を示している。そして図３（Ａ）は、透明電極層３と金属電極層５間の電圧を０Ｖとして電気光学結晶層４に電界を印加していないときの反射損失の波長依存性（反射損失特性）を示しており、同図（Ｂ）は、電気光学結晶層４に所定の強度の電界を印加しているときの反射損失特性を示している。そして図３（Ａ）に示したように、例えば、この空間光変調器１において電気光学結晶層４に電界が印加されていないときでは、三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のどの位置においても、入射する光の波長が所定の波長近辺であるときに反射損失が極小値をとる特性となる。この例では、反射損失特性がｂ光Ｌｂｉの波長（ｂｎｍ）近辺を極小点Ｐ１とした曲線ｗ１を描くものとしている。そして、駆動回路１６により各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）と透明電極層３との間に所定の電圧を印加すると、電気光学結晶層４には同じ強度の電界が印加され、図３（Ｂ）に示したように、図中で実線で示した当初のｂｎｍ近傍を極小点Ｐ１とした反射損失特性曲線ｗ１が、点線で示した反射損失特性曲線ｗ２に遷移する。この例では、極小点Ｐ２の波長が当初の極小点Ｐ１よりも長波長側にシフトしている。したがって、セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）ごとに異なる強度の電界を印加することで、空間光変調器１に入射した各波長の光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）の反射損失を増減させることができる。図３（Ｂ）に示した例では、ｂ光Ｌｂｉは当初の反射損失Ｒｂ１（ｄＢ）から電界が印加されたときの反射損失Ｒｂ２（ｄＢ）まで変調することができる。以下の特許文献１には、電気光学的効果を用いた空間光変調器の構成や動作について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２９３０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、電気光学結晶における電気光学効果を利用した空間光変調器は、ファブリペロー共振器の共振波長を電界によって可変制御することで、入射した各種波長の光の強度を制御している。しかしながら、電界強度が同じ場合では、空間光変調器に入射した光の変調量がその入射光の波長によって異なる。図３に基づいて具体的に説明すると、ｂ光Ｌｂｉの波長（ｂｎｍ）では、当初の反射損失特性曲線ｗ１がｂ光Ｌｂｉの波長近傍に極小値Ｐ１を有していたため、その曲線ｗ１が所定の電界を印加したときの波長損失特性曲線ｗ２にシフトすると、ｂ光Ｌｂｉの波長における当初の反射損失Ｒｂ１と電界を印加したときの反射損失Ｒｂ２との差が大きい。すなわち大きな変調量が得られる。しかし、ａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの波長は、当初の反射損失特性曲線ｗ１において波長の差に対して反射損失の差がほとんどない「裾野」の領域Ｆ内にあるため、ａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの入射位置にあるセル電極Ａ５０ａやセル電極Ｃ５０ｃの位置では、反射損失特性曲線ｗ１がシフトしても反射損失がほとんど変化せず、変調量が極めて小さい。とくにａ光Ｌａｉではその波長ａｎｍが当初の極小点Ｐ１に対して短波長側にあり、反射損失がすでに最大値に近い値になっている。そして電界を印加すると、その極小点Ｐ１が長波長側にシフトするため、当初の波形ｗ１がさらに反射損失が大きくなる方向にシフトする。そのため、セル電極Ａ５０ａの位置ではほとんど変調させることができない。
【００１２】
もちろん、ファブリペロー共振器では、共振のピークが１／４波長ごとに現れることから、さらに大きな電界を印加してａ光Ｌａｉの波長ａｎｍよりもさらに短波長側に存在する極小点をａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの波長近辺までシフトさせれば、原理的には、ａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの変調量を大きくすることは可能である。しかし、ａ光Ｌａｉやｃ光Ｌｃｉの変調量を大きくするには大きな電界を対応するセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ、５０ｃ）の領域に印加して当初の反射損失特性曲線ｗ１を大きく長波長側にシフトさせることが必要となる。すなわち、空間光変調器１の駆動電圧を極めて高くする必要がある。駆動電圧を高くすれば空間光変調器１を駆動するための消費電力が大きくなる。また、駆動回路１６自体も高電圧に対応させる必要があるため、その回路１６自体のコストも嵩む。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、様々な波長の光に対し、低電圧でも十分に大きな変調量が得られる空間光変調器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明は、前方から入射された複数の波長成分の光のそれぞれに対して強度を変調して出力する空間光変調器であって、
後方から前方に向かって、基板、反射板を兼ねる金属電極層、電気光学効果を有する薄膜状の電気光学結晶からなる電気光学結晶層、透明電極層、および誘電体ミラー層がこの順に積層されてなり、
前記透明電極層と金属電極層の少なくとも一方は、前記複数の波長成分の光のそれぞれに個別に対応する複数のセル電極から構成され、
外部に設けられた駆動回路により、前記透明電極層と前記セル電極との間に電圧が印加されると、各セル電極のそれぞれに対応して前方から入射する各波長成分の光が強度変調されて前方へ出力され、
前方から見たときに、各セル電極のそれぞれが占有する領域における前後方向の厚さが異なっていることで、各セル電極のそれぞれの領域に入射される波長成分の光のそれぞれに対して異なる位相差があらかじめ与えられている、
ことを特徴とする空間光変調器としている。
【００１５】
そして、前記各セル電極のそれぞれが占有する領域ごとに、前記電気光学結晶層の前後方向の厚さが異なっている空間光変調器とすれば好適である。また、前記電気光学結晶層、前記透明電極層、および前記誘電体ミラー層の少なくとも一つの層において一方の前後方向の厚さが異なっている空間光変調器としてもよい。前記各セル電極のそれぞれに対応する領域ごとに、前後の厚さが異なる光透過性材料からなる中間層が、前記誘電体ミラー層と前記金属電極層までのいずれかの層間に介在している空間光変調器とすることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の空間光変調器によれば、様々な波長の光に対し、低電圧でも十分に大きな変調量が得られ、省電力化を達成することができる。また、空間光変調器の駆動回路を安価なものにすることができ、可変光等化器など、本発明の空間光変調器を含んで構成される各種光学部品のコストダウンも期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の対象となる空間光変調器の一利用形態である可変利得等化器の構造を示す図である。
【図２】従来の空間光変調器の構造を示す図である。
【図３】従来の空間光変調器の変調性能を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る空間光変調器の構造を示す図である。
【図５】本発明の比較例に係る空間光変調器の構造を示す図である。
【図６】上記第１の実施例に係る空間光変調器の変調性能を示す図である。
【図７】上記比較例に係る空間光変調器の変調性能を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る空間光変調器の構造を示す図である。
【図９】上記第２の実施例に係る空間光変調器の変調性能を示す図である。
【図１０】本発明のその他の実施例に係る空間光変調器の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＝＝＝本発明の実施例＝＝＝
本発明の実施例に係る空間光変調器は、上述した可変光利得等化器などに利用されて、入射された波長が異なる複数の光のそれぞれに対して利得を調整した後に出力する機能を備えている。基本的には、図１あるいは図２に示した従来の空間光変調器１と同様の積層構造を有している。しかし、空間光変調器（以下、ＳＬＭ）を構成する各層の物理的な形状を工夫するなどして、電気光学結晶層（以下、ＥＯ層）４に印加される電界強度が小さくても、波長が異なる複数の光のそれぞれに対して大きな変調量を得ることができるようになっている。
【００１９】
概略的には、ＳＬＭにおける共振特性は、入射した光が出射するまでの光路長に依存する。そこで、ＳＬＭに入射する波長が異なる複数の光のそれぞれの光路長をその波長に応じて変えている。すなわち、各波長の光に対し、それぞれの波長に応じた位相差をあらかじめ与えておく。それによって、各波長の光のそれぞれが小さな電界強度でも大きな変調量が得られるようになっている。以下では、ＳＬＭの具体例を挙げて、本発明の実施例に係るＳＬＭの作用や動作について説明する。
【００２０】
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
＜構造＞
図４は本発明の第１の実施例に係るＳＬＭ１０１の構成を示す図である。そして、図４（Ａ）は、このＳＬＭ１０１の全体構造を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における円６０内の拡大図である。第１の実施例に係るＳＬＭ１０１の基本構成は、図２に示した従来のＳＬＭ１とほぼ同様であり、前方から後方に向かう光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）がこのＳＬＭ１０１に入射することとしている。そして、後端側に配置されたＳｒＴｉＯ３（以下、ＳＴＯ）からなる基板６の前面に反射板を兼ねる金属電極層５が形成されており、以降、前方に向かって電気光学結晶層４、透明電極層１０３、誘電体ミラー層２がこの順に積層されている。また金属電極層５には、波長が異なる三つの光（ａ光Ｌａｉ〜ｃ光Ｌｃｉ）に対応して三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）が形成されている。しかし、当該ＳＬＭ１０１では、前方から見たときに、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する領域の前後方向の厚さが異なっており、この例では、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の前方に積層されている透明電極層１０３の厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）が異なっている。
【００２１】
＜製造方法＞
第１の実施例に係るＳＬＭ１０１の製造方法としては、まず前後の厚さがｔ１１のＳＴＯ基板６上にマスクを配置して金（Ａｕ）をスパッタリングすることで三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）で構成される厚さｔ１０の金属電極層５を形成し、その金属電極層５の前面にＫＴＮを液相エピタキシャル法により厚さｔ９となるまで結晶成長させることで電気光学結晶層４を形成する。そして、電気光学結晶層４の上に透明電極層１０３をスパッタ法により成膜する。透明電極層１０３の材料は、入射光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）の波長帯域である近赤外線領域で透明となる材料で、この例ではチタン（Ｔｉ）が添加された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いている。また、三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応して透明電極層１０３を階段状にして厚さが異なる三つの領域を形成するために、電気光学結晶層４の前面にレジストによる遮蔽膜（マスク）を形成した上で透明電極材料を３回スパッタリングした。そして、各スパッタリング時にマスクの位置を変えることで、階段状に厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）が異なる透明電極層１０３を形成した。
【００２２】
次に透明電極層１０３の前面にＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２を交互に蒸着することで、多層膜からなる誘電体ミラー層２を形成した。具体的には、透明電極層１０３の前面にＴａ２Ｏ５を積層し、以降前方に向かって、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層し、最終的に４層のＴａ２Ｏ５層２１と３層のＳｉＯ２層２２とからなる７層の多層膜からなる誘電体ミラー層２を形成した。
【００２３】
表１に各層の厚さと、１５５０ｎｍの波長における各層の構成材料の屈折率を示した。
【００２４】
【表１】
2014219495.tif 000003
表１に示したように、誘電体ミラー層２における４層のＴａ２Ｏ５層２１は、それぞれの厚さ（ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７）が０．１８８μｍで一律であり、３層のＳｉＯ２層２２の厚さ（ｔ２、ｔ４、ｔ６）も一律で０．２６８μｍとなっている。そして透明電極層１０３は、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対面する領域ごとに異なる厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）となるように形成されており、それぞれの厚さは、ｔ８ａ＝０．１０２μｍ、ｔ８ｂ＝０．１７０μｍ、ｔ８ｃ＝０．２１８μｍとなるように形成されている。すなわち、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応して入射した波長が異なる三つの光（ａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉ）は、ＳＬＭ１０１から出射するまでにその波長に応じて異なる位相差が与えられることになる。そしてその位相差は、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のそれぞれに入射されるａ光〜ｃ光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）の波長において最も反射損失が低くなるように設定されている。したがて、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する透明電極層１０３の厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）はＳＬＭ１０１を構成する各層の厚さや屈折率に応じて適宜に設定されるものである。
【００２５】
＜変調性能＞
第１の実施例に係るＳＬＭ１０１（以下、第１実施例１０１とも言う）の変調性能を評価するために、図４に示した第１実施例１０１と、比較例として図２に示した従来のＳＬＭ１と同様のＳＬＭを作製した。図５に比較例に係るＳＬＭ１００（以下、比較例１００とも言う）の構造を示した。図５（Ａ）は比較例１００の全体構造を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における円６１内を拡大した図である。
【００２６】
以下の表２に比較例のＳＬＭ１０１における各層の厚さを示した。
【００２７】
【表２】
2014219495.tif 000004
表２に示したように、比較例１００は、透明電極３の厚さｔ８を一律に０．１７０μｍとした以外は第１実施例１０１と同様の構造となっている。そして、第１実施例１０１と比較例１００における反射損失を測定することで第１実施例１０１の変調性能を評価した。具体的には、透明電極（１０３、３）とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を０Ｖにして電気光学結晶層４に電界を印加しないときの状態と、透明電極（１０３、３）とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を５Ｖに設定して電気光学結晶層４に所定の強度の電界を印加したときの状態のそれぞれについて各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）での位置での反射損失特性を測定した。
【００２８】
図６は第１実施例１０１の変調性能を示す図であり、図７は比較例１００の変調性能を示す図である。そして、図６（Ａ）と図７（Ａ）は電界を印加していないときの各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の位置での反射損失特性を示しており、図６（Ｂ）と図７（Ｂ）は透明電極（１０３、３）とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を５Ｖとしたときの各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の位置での反射損失特性を示している。
【００２９】
まず、図６（Ａ）に示したように、第１実施例１０１では、電界を印加していないときのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の各位置における反射損失特性曲線（ｗａ１１〜ｗｃ１１）の形状が異なっている。ここで、第１実施例１０１を実際に動作させる際にセル電極Ａ５０ａ、セル電極Ｂ５０ｂ、およびセル電極Ｃ５０ｃのそれぞれに入射されるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、およびｃ光Ｌｃｉの波長をそれぞれ１５２５ｎｍ、１５５０ｎｍ、および１５６５ｎｍとすると、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のそれぞれの位置での反射損失特性曲線（ｗａ１１〜ｗｃ１１）は、それぞれａ光〜ｃ光（Ｌａｉ〜Ｌｃｉ）の波長の近傍に鋭い極小点（Ｐａ１１〜Ｐｃ１１）を有する形状となっている。そして、セル電極Ａ５０ａの位置におけるａ光Ｌａｉの反射損失Ｒａ１１は−８．７ｄＢであり、セル電極Ｂ５０ｂの位置におけるｂ光Ｌｂｉの反射損失Ｒｂ１１およびセル電極Ｃ５０ｃの位置におけるｃ光Ｌｃｉの反射損失Ｒｃ１１は、それぞれ−２６．１ｄＢおよび−１７．０ｄＢであった。
【００３０】
つぎに図６（Ｂ）に示したように、透明電極１０３と各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）との間の電圧を５Ｖにして電気光学結晶層４に電界を印加したところ、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置における反射特性曲線（ｗａ１２〜ｗｃ１２）は、極小点（Ｐａ１２〜Ｐｃ１２）が当初の極小点（Ｐａ１１〜Ｐｃ１１）よりも７ｎｍ程度長波長側にシフトした形状となり、ａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの波長での反射損失（Ｒａ１２、Ｒｂ１２、Ｒｃ１２）は、それぞれ−１．１ｄＢ、−１．３ｄＢ、−１．４ｄＢとなった。したがって、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの変調量は、それぞれ７．６ｄＢ、２４．８ｄＢ、１５．６ｄＢとなり、図１に示した可変光利得等化器１０に適用するのに十分な変調性能を備えている。
【００３１】
一方、比較例１００は、図７に示したように、セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のどの位置でも反射損失特性曲線（ｗ１、ｗ２）の形状が同じになる。すなわち、比較例１００では、透明電極層１０３の厚さｔ８が第１の実施例１０１における透明電極層１０３において同じ０．１７０μｍとなるセル電極Ｂ５０ｂの位置での反射損失特性と同じとなる。そして図７（Ａ）に示したように、電界を印加していないときのセル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃの各位置での反射損失（Ｒａ１、Ｒｂ１、Ｒｃ１）は、それぞれ−０．１ｄＢ、−２６．１ｄＢ、−０．５ｄＢであり、電界を印加したときのセル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃの各位置での反射損失（Ｒａ２、Ｒｂ２、Ｒｃ２）は、それぞれ０．１ｄＢ、−１．３ｄＢ、−１．３ｄＢであった。したがって、透明電極層３とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧が５Ｖ以下である場合、比較例１００におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉのそれぞれの変調量は、０ｄＢ、２４．８ｄＢ、−０．８ｄＢとなる。
【００３２】
このように、第１実施例１０１では、透明電極層１０３の厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）をセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のそれぞれに対面する領域で変えることで、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に入射する光に対して異なる位相差が与えられることになる。その結果、ＳＬＭ１０１における各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の前方にあるそれぞれの領域でのファブリペロー共振特性が変わり、透明電極層１０３とセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）のそれぞれの間の電圧が５Ｖ以下であっても、これらセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の各位置に入射される光（ａ光Ｌａｉ〜ｃ光Ｌｃｉ）を大きく変調することができる。もちろん、実用的なＳＬＭに対応してより多くのセル電極を形成した場合でも、各セル電極の位置に入射される光の波長に応じて各セル電極に対応する領域の厚さを変えれば任意の波長の光に対して大きな変調量を得ることができる。
【００３３】
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
＜構造と製造方法＞
上記第１実施例１０１では、透明電極層１０３において、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する位置の厚さ（ｔ８ａ〜ｔ８ｃ）を変えることで、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の形成位置に入射する光に対して異なる位相差を与えていた。それによって任意の波長の光に対して大きな変調量が得られることが確認できた。そこで第二の実施例では、透明電極層以外の層の厚さを変えることで第１実施例１０１と同様の効果が得られるかどうかを検証することとした。そして本発明の第２の実施例に係るＳＬＭでは、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する位置における電気光学結晶層４の厚さを変えている。
【００３４】
図８は、第２の実施例に係るＳＬＭ２０１（以下、第２実施例２０１とも言う）の構造を示す図である。図８（Ａ）はその全体構造を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における円６２内の拡大図である。当該図８に示したように、第２実施例２０１では、ＫＴＮからなる電気光学結晶層２０４の厚さが各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の位置に対応して異なっている。
【００３５】
当該第２実施例２０１の製造方法は、基本的には、第１実施例１０１と同様であるが、電気光学結晶層２０４と透明電極層３の形成方法が異なっている。電気光学結晶層２０４は、三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）から構成されている金属電極層５の前面にに液相エピタキシャル法によってＫＴＮからなる電気光学結晶を２．２μｍ結晶成長させたのち、そのＫＴＮ結晶の前面にレジストによるマスクを部分的に設けてＡｒ照射によるドライエッチング（ミリング）を行い、ＫＴＮを選択的にエッチングする。それによって、マスクによって遮蔽されていない部分のＫＴＮの厚さが薄くなる。そしてマスクによる遮蔽部分を変えながらミリングを繰り返し、最終的にセル電極Ａ、Ｂ、Ｃの各位置に対応するＫＴＮの厚さ（ｔ９ａ、ｔ９ｂ、ｔ９ｃ）がそれぞれ１．９４９μｍ、１．９８８μｍ、２．０１１μｍとなるように電気光学結晶層２０４を形成した。透明電極層３については、電気光学結晶層２０４の前面をマスクで遮蔽しないで透明電極材料をスパッタリングすることで一律に同じ厚さｔ８となるように形成した。
【００３６】
以下の表３に第２の実施例のＳＬＭにおける各層の厚さを示した。
【００３７】
【表３】
2014219495.tif 000005
表３に示したように、第２実施例２０１では、透明電極層３の厚さｔ８が一律に０．１７０μｍであり、電気光学結晶層２０４においてセル電極Ｂ５０ｂに対応する領域の厚さｔ９ｂが第１実施例１０１や比較例１００と同じ１．９８８μｍとなっている。
【００３８】
＜変調特性＞
図９に第２実施例２０１の変調性能を示した。図９（Ａ）は電界を印加していないときの各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の位置での反射損失特性を示しており、図９（Ｂ）は透明電極層３と各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を５Ｖとしたときの反射損失特性を示している。そして図９（Ａ）（Ｂ）に示したように、第２実施例２０１では、第１実施例１０１と同様に、三つのセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の各位置での反射損失特性が異なっており、図９（Ａ）に示したように、電界を印加していないときの各反射損失特性曲線（ｗａ２１〜ｗｃ２１）は、それぞれに対応するセル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に入射されるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの波長（１５２５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５６５ｎｍ）の近傍に極小点Ｐａ２１、Ｐｂ２１、Ｐｃ２１を有した形状となっている。しかし、ａ光Ｌａｉおよびｃ光Ｌｃｉの波長では、セル電極Ａ５０ａおよびセル電極Ｃ５０ｃのそれぞれの位置おいて反射損失（Ｒａ２１、Ｒｃ２１）が第１実施例１０１の反射損失（Ｒａ１１、Ｒｃ１１）よりも大きい。すなわち、波長に対する反射損失の変動が大きい。そして、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの反射損失（Ｒａ２１、Ｒｂ２１、Ｒｃ２１）は、それぞれ−２５．３ｄＢ、−２６．１ｄＢ、−２１．５ｄＢであった。
【００３９】
つぎに、図９（Ｂ）に示したように、透明電極層３と各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）間の電圧を５Ｖにして電気光学結晶層２０４に電界を印加したところ、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの反射損失が、それぞれ−１．３ｄＢ、−１．３ｄＢ、−１．３ｄＢとなった。したがって、セル電極Ａ５０ａ、Ｂ５０ｂ、Ｃ５０ｃのそれぞれの位置におけるａ光Ｌａｉ、ｂ光Ｌｂｉ、ｃ光Ｌｃｉの変調量は、それぞれ２４．０ｄＢ、２４．８ｄＢ、２０．２ｄＢとなり、ａ光Ｌａｉとｃ光Ｌｂｉの変調量を第１の実施例よりもさらに大きくすることができた。なお、セル電極Ｂ５０ｂの位置については、電気光学結晶層２０４と透明電極層３の厚さ（ｔ９ｂ、ｔ８）が第１実施例１０１や比較例１００と同じになるので、反射損失特性も第１実施例１０１や比較例１００と同じとなった。
【００４０】
以下の表４に第１実施例１０１、第２実施例２０１、および比較例００の変調性能を纏めて示した。
【００４１】
【表４】
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表４からも明らかなように、第２実施例２０１は第１実施例１０１よりもさらに優れた変調性能を備えている。この理由としては、まず、透明電極（１０３、３）と電気光学結晶層（４、２０４）の屈折率の違いを挙げることができる。例えば、表１にも示したように、透明電極層（１０３、３）を構成するＴｉを添加したＩＴＯの屈折率は、１５５０ｎｍの波長の光に対して１．３８７であるのに対し、電気光学結晶層（４、２０４）を構成するＫＴＮでは、同じ波長の光に対して２．１７０である。そのため、電気光学結晶層（４、２０４）では、厚さの差がより大きな位相差の差に繋がったものと考えられる。
【００４２】
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記各実施例に係るＳＬＭ（１０１、２０１）では、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）に対応する領域の厚さを階段状に変えていたが、可変光利得等化器などに使用されるＳＬＭでは、セル電極の大きさが極めて小さく一辺が１０μｍ程度の矩形であり、ＳＬＭに入射する光のスポット径も１０μｍ程度である、そして透明電極層や電気光学結晶層における厚さの差は、数十ｎｍの単位であることから、厚さの差を階段状ではなく傾斜によって与えても問題はない。
【００４３】
本発明における基本的な技術思想は、波長が異なる複数の光のそれぞれが入射する位置において、その入射した光が出射するまでの光路長を変えることで波長が異なる各光のそれぞれに対して異なる位相差を与えることにある。そしてその結果として、任意の波長の光に対して小さな電圧でより大きな変調量を得るという効果を奏するものである。
【００４４】
したがって、誘電体ミラー層の厚さを各セル電極の位置に応じて変えても光路長がかわり同様の効果が得られる。この場合は、誘電体ミラーを構成する多層膜の各層の厚さを変えてもよいし、層数を変えてもよい。あるいは、誘電体ミラーとセル電極との間の適宜な層間に厚さが異なる光透過性部材からなる中間層を配置してもよい。図１０に内部に光透過性部材からなる中間層７を配置したＳＬＭ３０１の一例を示した。この例では、透明電極層３と誘電体ミラー層２との間に、中間層７を配置している。中間層７を構成する光透過性材料としては、ガラスや樹脂、あるいは電気光学結晶など、入射光の波長帯域の光を透過する材料であればどのようなものでもよい。もちろん、誘電体ミラー層２、透明電極層３および電気光学結晶層４のうち、二つ以上の層において厚さを変えてもよいし、それに加えて中間層７を設けてもよい。いずれにしても、各セル電極Ａ〜Ｃ（５０ａ〜５０ｃ）の前面にあるそれぞれの領域の厚さがそれぞれに異なっていればよい。
【００４５】
上記各実施例、および比較例に係るＳＬＭでは、電気光学結晶層に電界を印加したときに反射損失特性曲線が長波長側にシフトしていたが、電気光学結晶層に電界を印加したときの位相差の変化は、電気光学効果に基づく屈折率の変化に起因するものと、電歪効果に基づく光路長の変化に起因するものとがある。したがって、電気光学結晶層の材料や厚さ、印加する電界の強度などによっては反射損失特性曲線が短波長側にシフトする場合もあり得る。いずれにしても、波長が異なる複数の光のそれぞれが入射する位置毎に、位相差を変えることで低電圧でより大きな変調量が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、光通信における可変利得等化器などの利用に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１，１００，１０１，２０１，３０１  空間光変調器（ＳＬＭ）、２  誘電体ミラー層、３，１０３  透明電極層、４，２０４  電気光学結晶層、５  金属電極層、６  基板、７  中間層、Ｌ４，Ｌａｉ〜Ｌｃｉ  入射光、Ｌａｏ〜Ｌｃｏ  出射（反射）光、１０  可変利得等化器、１６  駆動回路、５０，５０ａ〜５０ｃ  セル電極
【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図１０】
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