(57)【要約】小型で高性能の光変調器を提供する。光変調器１０は、第１屈折率材料で形成された下地層１４と、下地層１４上に第１屈折率材料と異なる屈折率を有するとともに導電性を有する第２屈折率材料で形成された複数の線状部分１６ａを有するパターン部１６と、第２屈折率材料と異なる屈折率を有し電界下で屈折率が変化する第３屈折率材料で形成されるとともにパターン部１６の複数の線状部分１６ａ間を充填する可変屈折率部１８とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１屈折率材料で形成された下地層と、
前記下地層上に、前記第１屈折率材料と異なる屈折率を有するとともに導電性を有する第２屈折率材料で形成された複数の部分を有するパターン部と、
前記第２屈折率材料と異なる屈折率を有し電界下で屈折率が変化する第３屈折率材料で形成されるとともに前記パターン部の前記複数の部分間を充填する可変屈折率部とを備える光変調器。
【請求項２】
前記第２屈折率材料は、前記第１屈折率材料よりも高い屈折率を有する誘電体及び金属のいずれかであり、前記第３屈折率材料は、前記第２屈折率材料よりも低い屈折率を有する材料及び前記第１屈折率材料と同等の屈折率を有する材料のいずれかである、請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記下地層及び前記可変屈折率部は、絶縁性を有する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項４】
前記パターン部は、高ドープ半導体及び金属のいずれかで形成されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項５】
前記可変屈折率部は、電気光学ポリマーで形成されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記パターン部は、前記下地層の面に沿って配列されている、請求項１から５までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記パターン部は、周期的構造を有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記複数の部分は、同一形状を有する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項９】
前記パターン部は、格子状の形状を有する、請求項１から８までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記複数の部分は、前記複数の部分に交互に逆向きの電圧を印加する、請求項１から９までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記パターン部の空間的な周期は、使用波長以下である、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１２】
前記可変屈折率部により、強度変調及び位相変調のいずれか一方を行う、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１３】
前記下地層の前記パターン部とは反対側に形成された反射膜を有する、請求項１２に記載の光変調器。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか一項に記載の光変調器と、
前記光変調器の前記パターン部に電圧を供給する電圧印加部と、
を備える光変調装置。
【請求項１５】
前記電圧印加部から前記パターン部に供給する電圧を変化させる制御部をさらに備える、請求項１４に記載の光変調装置。
【請求項１６】
前記光変調器に傾斜光を入射させる、請求項１４及び１５のいずれか一項に記載の光変調装置。
【請求項１７】
並列型の光送信、並列型の光受信、及び波面合成のいずれかの用途に用いられる、請求項１４から１６までのいずれか一項に記載の光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を面で受けて変調する光変調器、及びかかる光変調器を組み込んだ光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量光通信・光インターコネクトシステムでは、高速かつ低コストの光変調／スイッチ素子が求められている。従来では、例えば、素子の基板面に平行な方向に光を伝搬するスロットを有するとともにスロットに充填された電気光学ポリマーに側方から電圧を印加して位相差を生じさせるスロット型の導波路型光変調器が提案されている（非特許文献１参照）。【０００３】
しかしながら、上記非特許文献１のような光変調器では、導波路が前提となっており構造的な制約が多いだけでなく光の進行方向に小型化することが容易でない。特に、多アレイ化に伴い、素子サイズとコストとが増大するという問題がある。【０００４】
一方で、光センシング・イメージングの分野では、光ビーム波面を合成するための空間光波変調器（ＳＬＭ）への関心が高まっているが、従来用いられている液晶やマイクロマシン（ＭＥＭＳ）型素子は、可変速度がミリ秒程度と遅く、適用範囲が限られるという問題がある。【０００５】
なお、面発光レーザー等に利用される垂直入射型の反射鏡として、周囲に対して高屈折率差を有する直線格子を周期が波長以下となるように配置したものが公知となっている（特許文献１参照）。特許文献１では、２つの反射鏡の間隔をメカニカルに調整して、共振波長のチューニングを連続的に行っている（ＦＩＧ．７−９等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７３０４７８１号明細書
【非特許文献１】S. Koeber, et al., "Femtojoule electro-optic modulation using a silicon-organic hybrid device" Light: Science & Applications (2015) 4, e255; doi:10.1038/lsa.2015.28 ［online］、２０１５年２月２７日
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、小型で高性能の光変調器を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、上記光変調器を組み込んだ光変調装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る光変調器は、第１屈折率材料で形成された下地層と、下地層上に、第１屈折率材料と異なる屈折率を有するとともに導電性を有する第２屈折率材料で形成された複数の部分を有するパターン部と、第２屈折率材料と異なる屈折率を有し電界下で屈折率が変化する第３屈折率材料で形成されるとともにパターン部の複数の部分間を充填する可変屈折率部とを備える。ここで、導電性を有するとは、電気抵抗率が１．０×１０−１〔Ω・ｍ〕以下であること意味する。
【００１０】
上記光変調器によれば、パターン部に電圧を印加して可変屈折率部に電界を形成することにより、電気光学効果で可変屈折率部の屈折率が変化し、パターン部が延在する面に交差する方向から入射する光の反射及び透過を正確に制御することができる。また、対象とする光を交差方向（具体的には、例えば垂直方向）から入射させる構造であるため、光変調器を省スペースで２次元的にアレイ化することができる。また、上記構造を有する光変調器は、ＭＥＭＳプロセス等で容易に作製することができる。なお、光を交差方向から入射させるため、光変調器に入射する光は、パターン部の面に垂直な方向の光だけでなく、パターン部の面に対して斜め方向の光も含む。
【００１１】
本発明の具体的な側面によれば、上記光変調器において、第２屈折率材料は、第１屈折率材料よりも高い屈折率を有する誘電体及び金属のいずれかであり、第３屈折率材料は、第２屈折率材料よりも低い屈折率を有する材料及び第１屈折率材料と同等の屈折率を有する材料のいずれかである。つまり、第２屈折率材料で形成された複数の部分は、周囲の下地層や可変屈折率部よりも高屈折率となっている。この場合、垂直入射型の光変調を達成しやすくなる。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、下地層及び可変屈折率部は、絶縁性を有する。ここで、絶縁性を有するとは、電気抵抗率が１．０×１０−１〔Ω・ｍ〕より大きいこと意味する。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、パターン部は、高ドープ半導体及び金属のいずれかで形成されている。この場合、目標とする屈折率及び導電性を達成しやすい。
【００１４】
本発明のさらに別の側面によれば、可変屈折率部は、電気光学ポリマーで形成されている。電気光学ポリマーは、一般に屈折率変化が大きく応答速度を速くできる。このため、小型で高速動作する光変調器を得ることができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面によれば、パターン部は、下地層の面に沿って配列されている。つまり、パターン部は、２次元的に配列されている。
【００１６】
本発明のさらに別の側面によれば、パターン部は、周期的構造を有する。
【００１７】
本発明のさらに別の側面によれば、複数の部分は、同一形状を有する。この場合、パターン部が作製しやすくなる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面によれば、パターン部は、格子状の形状を有する。この場合、パターン部を例えば直線格子状の電極とすることができる。
【００１９】
本発明のさらに別の側面によれば、複数の部分は、複数の部分に交互に逆向きの電圧を印加する。例えば、パターン部を一対のくし歯が交互にかみ合うように配置した場合、可変屈折率部を交互に逆向きに分極させることができる。
【００２０】
本発明のさらに別の側面によれば、パターン部の空間的な周期は、使用波長以下である。この場合、高次の回折光が発生せずに、明確な共振特性を得ることができる。これにより、効率良く光を変調することができる。
【００２１】
本発明のさらに別の側面によれば、可変屈折率部により、強度変調及び位相変調のいずれか一方を行う。
【００２２】
本発明のさらに別の側面によれば、下地層のパターン部とは反対側に形成された反射膜を有する。この場合、光の強度を変えずに位相のみを変化させることができ、効率の良い位相変調器を実現することができる。このような光変調器は、光波面を高速で制御するＳＬＭ（Spatial Light Modulator）等への利用に適する。
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明に係る光変調装置は、上述した光変調器と、光変調器のパターン部に電圧を供給する電圧印加部と、を備える。
【００２４】
上記光変調装置によれば、上述した光変調器を用いているので、光変調器の入射面に交差する方向からの光の反射及び透過を正確に制御することができる。また、光変調器を省スペースで２次元的にアレイ化することができるので、小型で多様な機能を持った光変調装置を提供することができる。
【００２５】
本発明の具体的な側面によれば、上記光変調装置において、電圧印加部からパターン部に供給する電圧を変化させる制御部をさらに備える。この場合、透過光及び反射光の少なくともいずれか一方の波長特性が変化し、この波長特性を利用することにより、波長選択スイッチや可変フィルター等の多様な機能が得られる。
【００２６】
本発明の別の側面によれば、光変調器に傾斜光を入射させる。
【００２７】
本発明のさらに別の側面によれば、並列型の光送信、並列型の光受信、及び波面合成のいずれかの用途に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態に係る光変調器を組み込んだ光変調装置について説明する概念図である。
【図２】図２Ａは光変調器の断面の構造を説明する図であり、図２Ｂは光変調器の平面の構造を説明する図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｄは図２Ａに示す光変調器の製造方法の一例を説明する概念図である。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは図２Ａに示すタイプの実施例１の光変調器の特性を説明する図である。
【図５】図２Ａ等に示す光変調器の変形例を説明する断面図である。
【図６】図６Ａ〜６Ｄは図５に示すタイプの実施例３の光変調器の特性を説明する図である。
【図７】図７Ａ〜７Ｃは第２実施形態に係る光変調器を説明する断面図である。
【図８】第３実施形態に係る光変調器を説明する断面図である。
【図９】図１等に示す光変調器を組み込んだ第４実施形態に係る光送信装置を説明する図である。
【図１０】図１等に示す光変調器を組み込んだ第５実施形態に係る光受信装置を説明する図である。
【図１１】図１等に示す光変調器を組み込んだ第５実施形態に係る画像検出装置を説明する図である。
【図１２】図１１に示す画像検出装置の応用例を説明する図である。
【図１３】図５に示す光変調器を組み込んだ第６実施形態に係る波面合成装置を説明する図である。
【図１４】図１３に示す波面合成装置を組み込んだ観察装置を説明する図である。
【図１５】図１５Ａ及び１５Ｂは図２Ａに示すタイプの実施例２の光変調器の特性を説明する図である。
【図１６】図１６Ａ及び１６Ｂは図５に示すタイプの実施例４の光変調器の特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、本発明の第１実施形態に係る光変調器及びこれを組み込んだ光変調装置について説明する。
【００３０】
図１に示す光変調装置１００は、反射率又は透過率の調整によって入射光を変調することにより、射出光として反射変調光又は透過変調光を得る装置である。光変調装置１００は、光変調器１０と、電圧印加部２０と、制御部３０とを備える。
【００３１】
ここで、光変調器１０は、垂直入射型の光変調器である。具体的には、光変調器１０の入射面ＩＳに垂直な法線方向から入射した入射光は、反射光又は透過光として、入射面ＩＳに垂直な法線方向に射出される。図１に示す光変調器１０は、主に強度変調器として用いられる。なお、本明細書において、垂直入射型とは、入射面ＩＳに厳密に垂直な方向から光を入射させる場合に限らず、入射面ＩＳに対して斜め方向から光を入射させる場合も含むものとする。
【００３２】
図２Ａに示すように、光変調器１０は、支持体である基板層１２と、基板層１２上にあって第１屈折率材料で形成された下地層１４と、下地層１４上に第１屈折率材料よりも高屈折率を有する誘電体及び金属のいずれかの第２屈折率材料でそれぞれ形成された複数の線状部分１６ａを有するパターン部１６と、第２屈折率材料よりも低屈折率を有する材料及び第１屈折率材料と同等の屈折率を有する材料のいずれかの第３屈折率材料で形成されるとともにパターン部１６の複数の線状部分１６ａ間を充填する可変屈折率部１８とを備える。つまり、パターン部１６を構成する各線状部分１６ａは、相対的に高屈折率であり、その縦横の周囲を対象波長に関して相対的に低屈折率の材料で囲まれた状態となっている。なお、「同等」とは、第２屈折率材料の屈折率が第１及び第３屈折率材料の屈折率よりも大きく異なれば、第１及び第３屈折率材料の屈折率が同じ場合以外にも、第３屈折率材料の屈折率が第１屈折率材料の屈折率より多少高くても低くてもよいことを意味する。
【００３３】
基板層１２は、光変調器１０の対象波長に対応する入射光に対して透過性を有する材料で形成された平行平板状の層である。基板層１２の屈折率は、下地層１４の屈折率に対して大きくても小さくてもよいが、本実施形態の場合、基板層１２の屈折率の方が下地層１４の屈折率よりも大きくなっている。基板層１２は、対象波長が例えば赤外線である場合、Ｓｉ等の光透過性を有する材料で形成される。なお、光変調器１０が反射型の素子として用いられる場合、基板層１２が透過性を有することは必須でない。
【００３４】
下地層１４は、光変調器１０の対象波長に対応する入射光に対して透過性を有する材料で形成された一様な厚みを有する平行平板状の薄膜層である。下地層１４は、比較的屈折率の小さい第１屈折率材料で形成され、対象波長が例えば赤外線である場合、ＳｉＯ２等の光透過性を有する材料で形成される。また、下地層１４の屈折率ｎ１は、例えば１〜３程度に設定される。下地層１４の厚みは、例えば上記対象波長程度以上、具体的には１μｍ以上とするが、目的や用途に応じて適宜に設定される。
【００３５】
なお、下地層１４は、パターン部１６による可変屈折率部１８への電界形成を邪魔しない観点で、十分な絶縁性を有する材料で形成される。
【００３６】
図２Ｂに示すように、パターン部１６は、下地層１４の平面に沿って２次元的に配列されており、周期的構造を有している。具体的には、パターン部１６は、２つのくし歯状部分１６ｉ，１６ｊを逆方向から噛み合わせたような構造を有する。各くし歯状部分１６ｉ，１６ｊは、高い導電性を有する細長い複数の線状部分１６ａを周期的に配列した構造を有し、パターン部１６全体としても、多数の線状部分１６ａをストライプ状又は直線格子状に配列した構造を有する。ここで、周期的構造とは、厳密には、パターン部１６の線状部分１６ａの横幅ｓと、後述する可変屈折率部１８の線状部分１８ａの横幅ｓ'とを合わせた周期間隔（つまり、空間的な周期）や線状部分１６ａ，１８ａの形状が同じであることであるが、下地層１４の位置に応じて一定の割合で線状部分１６ａ，１８ａの形状や周期間隔が変動するものも含む。一定の割合で形状や周期間隔が変動する場合、局所的な周期的構造と言える。パターン部１６の厳密な意味での周期的構造は、平面波を有するビームを入射する場合に特に有効である。一方、ガウシアンビーム等の平面波とは異なるビームを入射する場合、入射するビーム形状に合わせて、下地層１４の位置によって周期間隔等を変化させることが好ましい。
【００３７】
一方のくし歯状部分１６ｉは、複数の第１電極５１ａと、これらの第１電極５１ａを電気的に接続する共通の第１導電部５２ａとを備え、他方のくし歯状部分１６ｊは、複数の第２電極５１ｂと、これらの第２電極５１ｂを電気的に接続する共通の第２導電部５２ｂとを備える。見方を変えれば、パターン部１６は、複数の線状部分１６ａとして、複数の第１電極５１ａと、複数の第２電極５１ｂとを有し、両電極５１ａ，５１ｂを交互に配置することによって形成されている。複数の第１電極５１ａと第１導電部５２ａとは、異なる導電性材料又は同一の導電性材料で形成され、複数の第２電極５１ｂと第２導電部５２ｂとは、異なる導電性材料又は導電性材料で形成される。また、第１電極５１ａと第２電極５１ｂとは、同一の導電性材料で形成することが原則であるが、別の材料で形成することもできる。第１及び第２電極５１ａ，５１ｂのｙ方向の長さは、光変調器１０の有効領域ＡＲの一辺をカバーできるように設定されている（図１参照）。各電極５１ａ，５１ｂ（つまり各線状部分１６ａ）の導電率は、下地層１４の導電率に比較して極めて高く、金属に近い高い導電率を有している。具体的には、電極５１ａ，５１ｂすなわち線状部分１６ａを高濃度で不純物をドープした半導体材料で形成することによって、高導電性を確保することができる。
【００３８】
本実施形態の具体例において、各電極５１ａ，５１ｂすなわち各線状部分１６ａのｘ方向の横幅ｓは、光学的特性を揃えるため共通の一定値に設定されるとともに、各電極５１ａ，５１ｂすなわち各線状部分１６ａのｚ方向の厚みｔｇは、光学的特性を揃えるため共通の一定値に設定されている。つまり、複数の線状部分１６ａは、同一形状を有している。これにより、パターン部１６が作製しやすくなる。また、特に、入射光が平面波の場合、変調効率が最大となる。また、これらの電極５１ａ，５１ｂすなわち各線状部分１６ａのｘ方向の空間的な周期Λも、光学的特性を揃えるため共通の一定値に設定されている。結果的に、任意の隣接する一対の電極５１ａ，５１ｂ間の間隔は、光学的特性を揃えるとともに可変屈折率部１８に同一電界を形成するため、共通の一定値に設定されている。
【００３９】
パターン部１６は、高い導電性を有するだけでなく、周囲と異なる屈折率を有する。すなわち、パターン部１６は、下地層１４及び可変屈折率部１８のいずれとも異なる屈折率を有し、より詳細には、パターン部１６を構成する各線状部分１６ａは、上述のように下地層１４及び可変屈折率部１８を形成している第１及び第３屈折率材料のいずれよりも高い屈折率を有する第２屈折率材料で形成されている。具体的には、パターン部１６の屈折率ｎ２は、例えば３〜４程度に設定され、下地層１４の屈折率ｎ１との差は、例えば１〜２程度に設定される。パターン部１６は、対象波長が例えば赤外線である場合、Ｓｉ等の本来光透過性を有する材料で形成される。
【００４０】
パターン部１６が導電性を有する場合、導電性を有するパターン部１６の屈折率は、虚数成分に起因して導電性を有しないパターン部１６の屈折率とは異なるものとなる。この場合、パターン部１６の屈折率を対象波長の光に関して屈折率の絶対値で考えて下地層１４等と比較すればよい。
【００４１】
なお、既述のように、パターン部１６又はこれを構成する線状部分１６ａは、誘電体（例えば、高ドープ半導体等の半導体材料）に限らず、金属材料で形成することもできる。パターン部１６が金属材料で形成される場合も、パターン部１６の屈折率を対象波長の光に関して屈折率の絶対値で考えて下地層１４等と比較すればよい。
【００４２】
可変屈折率部１８は、光変調器１０の対象波長に対応する入射光に対して透過性を有するとともに適度な絶縁性を有する材料で形成され、パターン部１６を構成する複数の線状部分１６ａ間に充填される線状部分１８ａと、パターン部１６や線状部分１８ａを覆う被覆部１８ｂとを有する。線状部分１８ａは、パターン部１６の線状部分１６ａに対してこれを反転した相補的な形状を有している。すなわち、線状部分１８ａは、ｘ方向に線状部分１６ａと同じ空間的な周期Λで繰り返され、ｙ方向にパターン部１６の線状部分１６ａと同じ長さを有する。線状部分１８ａのｘ方向の横幅ｓ'は、線状部分１６ａの空間的な周期Λからの線状部分１６ａの横幅ｓを引いた値Λ−ｓとなっている。
【００４３】
なお、被覆部１８ｂは、必須のものでなく、省略することができる。この場合、各線状部分１６ａの上面を露出させることになる。
【００４４】
可変屈折率部１８は、ホストポリマー鎖中に内部分極構造をドープ又はブランチさせたＥＯポリマーで形成されている。ここで、内部分極構造は、電子供与基と電子受容基とをπ共役で連結したものであり、例えばポリマー中にＥＯ色素分子を分散することによって得られる。ＥＯポリマー（電気光学ポリマー）に高温下で高電界を印加することで、ＥＯ色素分子等の内部分極構造を電界に沿って配向させることができる（ポーリング処理）。その後、ＥＯポリマーを常温に戻すことで、ＥＯ色素分子等の内部分極構造の配向状態が凍結される。つまり、ＥＯポリマー内で、ＥＯ色素分子等が強く分極又は配向した状態で固定される。この状態で、ＥＯポリマーに対してＥＯ色素分子等の内部分極構造の分極又は配向方向ＤＥに沿って電界を加えると、ＥＯポリマーの屈折率が、加えた電界の強度に応じた電気光学効果として、ＥＯ色素分子等の内部分極構造の分極又は配向方向ＤＥに関して変化する。つまり、可変屈折率部１８のうち、線状部分１８ａは、予め±ｘ方向に交互に分極又は配向されており、電気光学定数は、線状部分１８ａの分極率に比例するものとなっている。よって、線状部分１８ａに対して分極に対応させて±ｘ方向に電界を加えることで、±ｘ方向に分極率に比例する屈折率変化を生じさせることができる。
【００４５】
ここで、第１導電部５２ａと第２導電部５２ｂとの間にＤＣ電圧を印加した場合、隣接する一対の線状部分１８ａ間には、図示のように＋ｘ方向と−ｘ方向とに互い違いに逆向きで同じ強度の電界が形成される。つまり、可変屈折率部１８の線状部分１８ａを加熱してＥＯポリマー内でＥＯ色素分子等が強く分極又は配向した状態を形成する際には、分極方向ＤＥに相当するｘ方向に関して同様に互い違いの逆向きで同じ強度の電界が形成される。同様に、分極又は配向の固定後の常温の線状部分１８ａに対してＥＯ効果を生じさせる際にも、分極方向ＤＥに相当するｘ方向に関して同様に互い違いの逆向きで同じ強度の電界が形成される。つまり、隣接する一対の線状部分１８ａ間に印加する電圧は、方向に関して一致性を持たせたものになっており、第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に交流的又は直流的な電圧を与えた場合、一連の線状部分１８ａは、ｘ方向に関して略等しい屈折率変化が生じることになる。第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に付与する電圧によって線状部分１８ａ全体の屈折率をｘ方向に関して変化させる屈折率変調を行うことができる。よって、例えば光変調器１０にｘ方向に電界が一致するように偏光させた入射光を入射させた場合、線状部分１８ａの空間的な周期Λが対象波長程度かそれ以上であれば、反射光又は透過光である回折光の強度や位相や方向を第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に付与する電圧によって制御することができる。その一方で、線状部分１８ａの空間的な周期Λが対象波長よりも十分小さければ、反射光又は透過光である非回折光の強度や位相を第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に付与する電圧によって制御することができる。なお、光変調器１０に照射する入射光の偏光方向を、分極方向ＤＥに相当するｘ方向とすることにより、変調に必要な電圧を比較的小さくすることができる。
【００４６】
図１に戻って、電圧印加部２０は、光変調器１０の第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に用途に応じた所定の電圧を供給する。第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間には、例えばパルス電圧、高周波信号、直流的信号等の各種電圧信号が印加される。
【００４７】
制御部３０は、コンピューターその他のデジタル回路であり、電圧印加部２０の動作を制御している。制御部３０は、電圧印加部２０からパターン部１６に供給する電圧を変化させる。制御部３０は、電圧印加部２０が光変調器１０に印加する電圧パターンにデジタルデータ等を乗せることができ、光変調器１０の透過率、反射率等を所望の状態に調整する。
【００４８】
図３Ａ〜３Ｄを参照して、図２Ａに示す光変調器１０の製造方法の一例について説明する。
【００４９】
図３Ａに示すように、Ｓｉ等からなる板状の基板層１２を準備し、この基板層１２上にＳｉＯ２等からなる下地層１４を物理蒸着その他によって一様に成膜し、この下地層１４上に高ドープＳｉ等からなる導電層１１６を物理蒸着その他によって成膜する。
【００５０】
次に、図３Ｂに示すように、高ドープＳｉ等からなる導電層１１６をエッチングしてパターン部１６を形成する。導電層１１６のエッチングには、半導体製造工程で多用されているフォトリソグラフィ法等を用いることができ、これにより、精密に加工された線状部分１６ａを有するパターン部１６を形成することができる。なお、パターン部１６を一括して形成するのではなく、第１及び第２電極５１ａ，５１ｂと、第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂとに分けて形成することができる。特に第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂについては、後述するＥＯポリマー層１１８の作製後に形成することができる。この場合、結線のため、ＥＯポリマー層１１８の作製後に電極５１ａ，５１ｂの一端を露出させておく必要がある。
【００５１】
次に、図３Ｃに示すように、パターン部１６の隙間１６ｃ（図３Ｂ参照）を充填してパターン部１６全体を覆うようにＥＯポリマー層１１８を形成する。ＥＯポリマー層１１８は、例えば予め準備したＥＯポリマー材料をパターン部１６上にスピンコートし、溶媒の蒸発等によってＥＯポリマー材料を硬化させることによって形成される。
【００５２】
その後、図３Ｄに示すように、パターン部１６上にＥＯポリマー層１１８を形成した前駆体２を加熱槽４に搬入して加熱しつつ、ＤＣ電源６からパターン部１６の第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に所期の分極に必要な所定の電圧を印加する。その後、第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に電圧をかけたままで前駆体２を常温まで冷却してＥＯポリマーの分極を固定することで、ＥＯポリマー層１１８が可変屈折率部１８として機能し、前駆体２から光変調器１０を得ることができる。
【００５３】
（実施例１）
図４Ａ及び４Ｂは、図２Ａに示すタイプの実施例１の光変調器１０の共振特性を説明するチャートである。図４Ａは、実施例１の光変調器１０の反射光強度を示し、図４Ｂは、同光変調器１０の反射光位相を示す。両チャートにおいて、横軸は波長〔ｎｍ〕を示し、縦軸は相対的な反射強度又は位相変化を示す。なお、実線はＥＯポリマーの屈折率ｎＥＯが１．６００の場合であり、点線はＥＯポリマーの屈折率ｎＥＯが１．６０５の場合である。光変調器１０に照射する入射光は、光変調器１０が延びるｘｙ面に対して法線方向である＋ｚ方向から入射させ、入射光の偏光方向は、分極方向ＤＥに相当するｘ方向とした。
【００５４】
図４Ｃ及び４Ｄは、図２Ａに示すタイプの実施例１の光変調器１０の波長１５４６ｎｍにおける動作特性を説明する図である。図４Ｃは、実施例１の光変調器１０の反射光強度を示し、図４Ｄは、同光変調器１０の反射光位相を示す。両チャートにおいて、横軸は印加電圧によって変化する屈折率を示し、縦軸は相対的な反射強度又は位相変化を示す。
【００５５】
上記共振特性及び動作特性を得るため、光変調器１０は、以下のような特性を有するものとした。具体的には、基板層１２を省略し、下地層１４が十分厚いとした。パターン部１６を構成する線状部分１６ａのｘ方向（横断方向）における空間的な周期Λを０．９μｍとし、線状部分１６ａのｘ方向（横断方向）における占有率ｓ／Λを０．７とし、線状部分１６ａのｚ方向（高さ方向）における厚みｔｇを２．２７μｍとした。また、可変屈折率部１８のＥＯポリマーの屈折率ｎＥＯは、電圧を印加しない状態で１．６００であるとし、規定の電圧を印加した状態で１．６０５であるとした。パターン部１６の線状部分１６ａは、Ｓｉであり、屈折率ｎＳｉを３．４８とし、下地層１４をＳｉＯ２とし、屈折率ｎＳｉＯ２を１．４４とした。ＥＯ係数ｒ３３が１００ｐｍ／Ｖであるとして、第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に印加する電圧を６．５Ｖとすると、屈折率変化量Δｎは約０．００５となる。なお、被覆部１８ｂの厚みｔ２は、無限に厚いとした。
【００５６】
図４Ａ及び４Ｂから明らかなように、光変調器１０は、高い共振感度を有しており、共振波長の周辺では、大きな強度変調又は位相変調が得られることが分かる。また、ＥＯポリマーの屈折率ｎＥＯをΔｎ＝０．００５程度変化させることによって、共振波長を１ｎｍ程度以上変化させ得ることが分かる。
【００５７】
図４Ｃ及び４Ｄから明らかなように、光変調器１０は、屈折率の変動に応じて反射光の強度又は位相を大きく変化させることが分かる。例えば、図４Ｃに示す例では、０．００１程度の屈折率変化によって反射光のＯＮ及びＯＦＦを切り換え可能であることが分かる。また、図４Ｄに示す例では、０．００３程度の屈折率変化によって反射光の位相を殆ど反転させ得ることが分かる。
【００５８】
（実施例２）
図１５Ａ及び１５Ｂは、反射型強度変調器である実施例２の光変調器１０の反射特性を説明する図である。図１５Ａは、光変調器１０の反射スペクトルを示す。図１５Ａにおいて、横軸は波長〔ｎｍ〕を示し、縦軸は相対的な反射率（反射強度）を示す。また、図１５Ｂは、光変調器１０の波長１５５０ｎｍにおける反射強度変化を示す。図１５Ｂにおいて、横軸は可変屈折率部１８の屈折率変化量を示し、縦軸は反射率の対数を示す。
【００５９】
実施例２の光変調器１０は、図２Ａ等に示す実施例１の光変調器１０と基本的な構造が一致するが、寸法条件等において異なるものとなっている。具体的には、基板層１２を省略し、ＳｉＯ２製の下地層１４と、Ｓｉ製のパターン部１６と、ＥＯポリマー製の可変屈折率部１８とを有する構成とした。パターン部１６を構成する線状部分１６ａのｘ方向（横方向）における空間的な周期Λを５８８ｎｍとし、線状部分１６ａのｘ方向における占有率ｓ／Λを０．５とし、線状部分１６ａのｚ方向（高さ方向）における厚みｔｇを８５６ｎｍとした。また、可変屈折率部１８のＥＯポリマーの屈折率は、電圧を印加しない状態で１．６００（つまり、屈折率変化量Δｎ＝０）であるとし、規定の電圧を印加した状態で屈折率変化量Δｎが−０．０１〜０．０１となるように変化させた。第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に印加する変調信号電圧を０．５Ｖｐｐ以下の範囲で変化させた。
【００６０】
図１５Ａに示すように、５×１０４以上のＱ値を有する共振波長が屈折率変化とともにシフトしていることが分かる。これにより、光変調器１０によって、特定の波長のみを反射させることができる。
【００６１】
図１５Ｂに示すように、屈折率変化量｜Δｎ｜＝３．８×１０−４で反射率が約１０ｄＢ下がることが分かる。つまり、わずか１０−４のオーダーの屈折率変化で、約１０ｄＢの強度変調が得られる。
【００６２】
図５は、図２Ａに示す光変調器１０の変形例を説明する側方断面図である。図５に示す光変調器１１０は、反射型の変調器であり、図２Ａに示す光変調器１０の基板層１２を反射膜１１２に置き換えたものとなっている。このため、光変調器１０への入射光は、変調された反射光の射出光として光変調器１０から逆方向に射出される。反射膜１１２は、例えばＡｕ等の金属で形成される。図５に示す光変調器１１０は、主に位相変調器として用いられる。
【００６３】
（実施例３）
図６Ａ及び６Ｂは、図５に示すタイプの実施例３の光変調器１１０の共振特性を説明するチャートである。図６Ａは、実施例３の光変調器１１０の反射光強度を示し、図６Ｂは、同光変調器１１０の反射光位相を示す。横軸は波長〔ｎｍ〕を示し、縦軸は相対的な反射強度又は位相変化を示す。なお、実線はＥＯポリマーの屈折率ｎＥＯが１．６００の場合であり、点線はＥＯポリマーの屈折率ｎＥＯが１．６０５の場合である。図６Ａでは、波長や屈折率に関わらず反射率が１．０となっており、光強度を変化させずに、位相のみを変化させる位相変調器になっている。
【００６４】
図６Ｃ及び６Ｄは、図５に示すタイプの実施例３の光変調器１１０の動作特性を説明する図である。図６Ｃは、実施例３の光変調器１１０の反射光強度を示し、図６Ｄは、同光変調器１１０の反射光位相を示す。横軸は印加電圧によって変化する屈折率を示し、縦軸は相対的な反射強度又は位相変化を示す。
【００６５】
以上において、光変調器１０に照射する入射光は、光変調器１０が延びるｘｙ面に対して法線方向である＋ｚ方向から入射させ、入射光の偏光方向は、分極方向ＤＥに相当するｘ方向とした。
【００６６】
上記共振特性及び動作特性を示す図５の構造を有する実施例３の光変調器１１０は、下地層１４、パターン部１６、及び可変屈折率部１８に関して、図２Ａに示す光変調器１０と同一の構造を有する。すなわち、空間的な周期Λ、占有率ｓ／Λ、厚みｔｇ、屈折率ｎＳｉ，ｎＳｉＯ２、ＥＯ係数ｒ３３等のパラメータは同じとした。なお、この光変調器１１０の場合、下地層１４のｚ方向（高さ方向）における厚みｈを１．２３μｍとした。
【００６７】
図６Ｂから明らかなように、光変調器１１０は、高い共振感度を有しており、共振波長の周辺では、大きな位相変調が得られることが分かる。また、ＥＯポリマーの屈折率ｎＥＯをΔｎ＝０．００５程度変化させることによって、共振波長を１ｎｍ程度以上変化させ得ることが分かる。
【００６８】
図６Ｄから明らかなように、光変調器１１０は、屈折率の変動に応じて反射光の位相を大きく変化させることが分かる。例えば、図６Ｄに示す例では、０．００３程度の屈折率変化によって反射光の位相を殆ど反転させ得ることが分かる。
【００６９】
（実施例４）
図１６Ａ及び１６Ｂは、全反射型位相変調器である実施例４の光変調器１１０の反射及び位相特性を説明する図である。図１６Ａにおいて、上段は光変調器１１０の反射特性を示し、下段は位相特性を示す。図１６Ａにおいて、横軸は波長〔ｎｍ〕を示し、縦軸は相対的な反射率（反射強度）又は反射光位相〔ｒａｄ〕を示す。また、図１６Ｂは、光変調器１１０の波長１５５０ｎｍにおける位相変化を示す。図１６Ｂにおいて、横軸は可変屈折率部１８の屈折率変化量を示し、縦軸は相対的な反射光位相〔ｒａｄ〕を示す。
【００７０】
実施例４の光変調器１１０は、図５に示す実施例３の光変調器１１０と基本的な構造が一致するが、寸法条件等において異なるものとなっている。具体的には、ＳｉＯ２製の下地層１４と、Ｓｉ製のパターン部１６と、ＥＯポリマー製の可変屈折率部１８とを有する構成とした。また、下地層１４のパターン部１６の反対側の面に、Ａｇ製の反射膜１１２を設けた。パターン部１６を構成する線状部分１６ａのｘ方向（横方向）における空間的な周期Λを５８８ｎｍとし、線状部分１６ａのｘ方向における占有率ｓ／Λを０．５とし、線状部分１６ａのｚ方向（高さ方向）における厚みｔｇを８５６ｎｍとした。また、可変屈折率部１８のＥＯポリマーの屈折率は、電圧を印加しない状態で１．６００（つまり、屈折率変化量Δｎ＝０）であるとし、規定の電圧を印加した状態で屈折率変化量Δｎが−０．０１〜０．０１となるように変化させた。第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂ間に印加する変調信号電圧を１Ｖｐｐ以下の範囲で変化させた。
【００７１】
図１６Ａの上段に実線で示すように、屈折率が変化しても反射率は９５％以上であり、屈折率に関係なく全反射することが分かる。また、図１６Ａの下段に点線で示すように、屈折率変化とともに位相が変化することが分かる。これにより、光変調器１１０によって、反射光の強度をほとんど変化させずに、位相のみを変化させることができる。
【００７２】
図１６Ｂに示すように、屈折率変化量｜Δｎ｜＝５．４×１０−４で位相が約πシフトしていることが分かる。つまり、わずか１０−４のオーダーの屈折率変化で、約πの位相変調が得られる。
【００７３】
以上で説明した光変調器１０によれば、パターン部１６に電圧を印加して可変屈折率部１８に電界を形成することにより、電気光学効果で可変屈折率部１８の屈折率が変化し、パターン部１６が延在する面に交差する垂直方向等から入射する光の反射及び透過を正確に制御することができる。また、対象とする入射光を垂直方向等から入射させる構造であるため、光変調器１０を省スペースで２次元的にアレイ化することができる。また、上記構造を有する光変調器１０は、ＭＥＭＳプロセス等で容易に作製することができる。
【００７４】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る光変調器及びこれを組み込んだ光変調装置について説明する。なお、第２実施形態に係る光変調器等は、第１実施形態を変形したものであり、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様であり説明を省略する。
【００７５】
本実施形態は、第１実施形態のパターン部１６及び可変屈折率部１８の形状等を変化させたものである。例えば、同じ周期間隔でパターン部１６の線状部分１６ａの横幅ｓ及び可変屈折率部１８の線状部分１８ａの横幅ｓ'の少なくとも一方の配分を変化させる。線状部分１６ａ，１８ａの横幅ｓ，ｓ'については、線状部分１６ａ，１８ａの長手方向及び短手方向の少なくともいずれかを変化させる。
【００７６】
図７Ａに示すように、光変調器２１０は、可変屈折率部１８の線状部分１８ａのｘ方向の横幅ｓ'が長手のｙ方向の位置に応じて徐々に変化するものとなっている。この結果、線状部分１６ａに印加されるｘ方向の電界強度がｙ方向の位置に応じて徐々に変化するものとなる。つまり、線状部分１８ａに生じさせる電気光学効果がバラツキを有するものとなって、屈折率変化量Δｎが広がりを有するものとなり、図４Ａ及び４Ｂ等に示す光変調器１０の共振特性を滑らかで緩やかなものとできる。
【００７７】
また、図７Ｂに示すように、光変調器２１０は、可変屈折率部１８の線状部分１８ａのｘ方向の横幅ｓ'が縦のｚ方向の位置に応じて徐々に変化するものとなっている。具体的には、線状部分１８ａのｘｚ断面は台形状となっている。この結果、線状部分１６ａに印加されるｘ方向の電界強度がｚ方向の位置に応じて徐々に変化するものとなる。つまり、線状部分１８ａに生じさせる電気光学効果がバラツキを有するものとなって、屈折率変化量Δｎが広がりを有するものとなり、図４Ａ及び４Ｂ等に示す光変調器１０の共振特性を滑らかで緩やかなものとできる。
【００７８】
また、パターン部１６及び可変屈折率部１８は、下地層１４の位置によって周期間隔を変化させてもよい。なお、線状部分１６ａ，１８ａのいずれか一方の横幅ｓ，ｓ'が同じでも、他方の線状部分１８ａ，１６ａのいずれかの横幅ｓ'，ｓが異なることで周期間隔が変化する場合がある。図７Ｃに示すように、光変調器２１０は、可変屈折率部１８の線状部分１８ａの配列間隔が周期的に増減している。この結果、線状部分１６ａに印加されるｘ方向の電界強度がｘ方向の位置に応じて徐々に変化するものとなる。つまり、線状部分１８ａに生じさせる電気光学効果がバラツキを有するものとなって、屈折率変化量Δｎが広がりを有するものとなり、図４Ａ及び４Ｂ等に示す光変調器１０の共振特性を滑らかで緩やかなものとできる。また、入射するビーム形状に合わせて周期間隔を変化させることにより、共振特性を最適なものにすることもできる。
【００７９】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る光変調器及びこれを組み込んだ光変調装置について説明する。なお、第３実施形態に係る光変調器等は、第１実施形態を変形したものであり、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様であり説明を省略する。
【００８０】
図８に示す光変調器３１０は、下地層１４とパターン部１６と可変屈折率部１８とを一組とする変調層１０ａを複数積層した構造を有する。図示の例では、下側の変調層１０ａと上側の変調層１０ａとで、線状部分１６ａの延びる方向が交差（具体的には直交）しており、各変調層１０ａの分極の方向も交差するものとなっている。本実施形態においても、変調層１０ａを構成するパターン部１６は、下地層１４の平面に沿ってそれぞれ配列されている。
【００８１】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る並列型の光送信装置について説明する。なお、第４実施形態に係る光送信装置は、第１実施形態の光変調器又は光変調装置を組み込んだものであり、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様であり説明を省略する。
【００８２】
図９に示す光送信装置９１は、マトリクス状に２次元配置された多数の光源７１ａを含む光源部７１と、マトリクス状に２次元配置された多数の光変調器１０を含む変調部７２とを備える。光源部７１を構成する各光源７１ａは、例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）と呼ばれる面発光レーザーであり、板状の光源部７１の法線方向に光源光を出力する。変調部７２において、変調部７２を構成する各光変調器１０は、図２Ａ等に示す構造を有する垂直入射型の透過光変調器である。各光変調器１０は、各光源７１ａに対向して配置されており、各光源７１ａからの光源光を変調して信号光ＬＳ１を形成する。
【００８３】
図示の光送信装置９１は、光通信又は光インターコネクト分野において、並列通信技術に応用可能である。光源７１ａの出力を直接変調する場合、変調速度を高めることが容易でないが、光変調器１０によって外部変調を行うことにより、高速度での光変調が可能になる。
【００８４】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係る並列型の光受信装置等について説明する。なお、第５実施形態に係る光受信装置等は、第１実施形態の光変調器又は光変調装置を組み込んだものであり、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様であり説明を省略する。
【００８５】
図１０に示す光受信装置９２は、マトリクス状に２次元配置された多数の光検出器１７１ａを含む受光部１７１と、マトリクス状に２次元配置された多数の光変調器１０を含む変調部７２とを備える。光検出器１７１ａを構成する各光検出器１７１ａは、例えば２次元配列型のフォトダイオードであり、板状の変調部７２の法線方向から入射した信号光を検出する。変調部７２において、変調部７２を構成する各光変調器１０は、図２Ａ等に示す構造を有する垂直入射型の透過光変調器である。各光変調器１０は、各光検出器１７１ａに対向して配置されており、各光検出器１７１ａに入射する信号光ＬＳ２に対して透過光波長を高速に切り替える可変フィルターとなっている。変調部７２をマトリックス状のゲート又はスイッチとして用いることで、光検出器１７１ａの動作速度を維持した迅速で省電力な受信波長の切り替えが可能になる。
【００８６】
図１０に示す光受信装置９２は、例えば波長多重パッシブ光ネットワーク（ＷＤＭ−ＰＯＮ）システムの受光素子として用いることができる。
【００８７】
図１１に示す画像検出装置９４は、マトリクス状に２次元配置された多数の検出画素２７１ａを含む受光部２７１と、マトリクス状に２次元配置された多数の光変調器１０を含む変調部２７２とを備える。画像検出装置９４も光受信装置として機能する。なお、図示の例では、３×３個の画素のみを示すが、通常は縦又は横の一列が１００〜１０００以上の画素からなる。また、説明の便宜上、入射側の結像レンズや偏光フィルターについては説明を省略している。
【００８８】
受光部２７１は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ撮像素子及びその駆動回路で構成される。変調部２７２は、可変フィルターアレイである。変調部２７２において、変調部２７２を構成する各光変調器１０は、図２Ａ等に示す構造を有する垂直入射型の透過光変調器である。各光変調器１０は、各検出画素２７１ａに対向して配置されており、各検出画素２７１ａに入射する画像光に対して透過波長を規定する波長フィルターとなっている。変調部２７２の前段には、偏光フィルターを配置することもできる。なお、各光変調器１０は、一辺がサブミクロン〜数ミクロンの矩形窓になっており、そのパターン部１６には、１０周期分程度以上の格子を形成する線状部分１６ａを設けている。
【００８９】
この画像検出装置９４では、画像を維持したままで受光部２７１に入射する画像光の波長を調整できる。つまり、対象について特定の波長成分のみのイメージングを行うことができ、駆動電圧の調整によってイメージング波長を多段かつ連続的に切り換えることができる。
【００９０】
図１２は、図１１に示す画像検出装置９４の応用例を説明する図である。図１１に示す例では、変調部２７２全体で透過波長を変更することを前提としていたが、画素単位で透過波長を変更することもできる。図１２に示す例では、第１列Ｃ１が第１波長のフィルターとして機能し、第２列Ｃ２が第２波長のフィルターとして機能し、第３列Ｃ３が第３波長のフィルターとして機能している。第１波長、第２波長、第３波長は互いに異なり、３色のフィルターを一組として像検出を行うことができる。ここで、第１波長、第２波長、第３波長は、例えば赤色、緑色、及び青色とすることができ、この場合、カラー画像を取得することができる。
【００９１】
〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態に係る波面合成装置について説明する。なお、第６実施形態に係る波面合成装置は、第１実施形態の反射型光変調器（図５参照）を組み込んだものである。
【００９２】
図１３に示す波面合成装置９５は、マトリクス状に２次元配置された多数の反射型光変調器１０を含む変調部３７２を備える。なお、図示の例では、３×３個の画素のみを示すが、通常は縦又は横の一列が１００〜１０００以上の画素からなる。また、説明の便宜上、結像レンズ等については省略している。
【００９３】
変調部３７２において、変調部３７２を構成する各光変調器１０は、図５に示す構造を有する垂直入射型の反射型光変調器である。各光変調器１０は、一辺がサブミクロン〜数ミクロンの矩形窓になっており、そのパターン部１６には、１０周期分程度以上の格子を形成する線状部分１６ａを設けている。
【００９４】
この波面合成装置９５では、変調部３７２に入射する照明光Ｌ１の位相を、各光変調器１０のセル毎に独立に調整し、出力光Ｌ２として反射する。つまり、サブミクロン〜数ミクロンの空間解像度で任意の波面を合成することができ、駆動電圧の調整によって高速に切り換えることができる。
【００９５】
図１４は、図１３に示す波面合成装置９５を観察装置９６に応用した例を説明する図である。
【００９６】
図１４に示す例では、波面合成装置９５において、照明光Ｌ１のビーム波面を所望の状態に変更した出力光Ｌ２を形成する。集光光学系８４は、サンプルＳＡに出力光Ｌ２を照射し、対物光学系８５は、サンプルＳＡからの画像光Ｌ３を画像検出装置８６の検出面上に結像する。画像検出装置８６は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ撮像素子及びその駆動回路で構成される。
【００９７】
ここで、波面合成装置９５は、入力情報に基づく波面合成を可能にし、予めキャンセルすべき波面情報又は位相情報を出力光Ｌ２から除く補償によってサンプルＳＡ中の対象部分の映像を波長以下の空間分解能で画像検出装置８６の検出面上に形成する。この観察装置（光イメージング装置）９６は、バイオセンシング、生体イメージング等の各種分野に応用可能である。
【００９８】
なお、図１４では、波面合成装置９５に照明光Ｌ１を斜め入射させているが、ビームスプリッターを用いれば波面合成装置９５に照明光Ｌ１を垂直入射させることもできる。
【００９９】
以上の実施形態で説明された構造、形状、大きさ及び配置関係については、本発明を理解できる程度に概略的に示したものにすぎない。したがって、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、その思想の範囲内において様々な形態に変更することができる。
【０１００】
例えば、複数の光変調器１０で構成される波面合成装置９５（図１３参照）は、光ビームの空間モード変換に適用できる。具体的には、ある１つの決まった波面の光（例えばガウシアンビーム）が入射されたときに、その波面を調整して高次空間モード（例えば、２つ以上のピークがあるビーム）に変換することができる。このような波面合成装置９５又は空間光変調装置は、光路を分岐し動的に切り換える光分岐スイッチとして機能させることができる。
【０１０１】
また、光変調器１０の各セルの位相を線形に変化させることで、出力光の出射方向を高速に制御することができ、高速な並列光スイッチとして用いることができる。このような並列光スイッチは、データーセンター内ネットワークや、光通信システムにおいて、光の経路を高速に切り替える装置に適用できる。
【０１０２】
以上では、全ての第１電極５１ａに同一の電圧を印加し、全ての第２電極５１ｂに同一の電圧を印加しているが、第１及び第２導電部５２ａ，５２ｂを個別に或いは複数組毎に設けることで、各電極５１ａ，５１ｂ又は各組に異なる電圧を印加することができる。
【０１０３】
既述のように、可変屈折率部１８に入射させる光をパターン部１６の面（又は入射面ＩＳ）に対して垂直方向に入射させるだけでなく、可変屈折率部１８に入射させる光を入射面ＩＳに対して斜め方向に入射させてもよい。つまり、光変調装置１００において、光変調器１０に傾斜光が入射される。入射光又は傾斜光の傾きは、光変調器１０又は光源を傾けることで調整する。入射光の傾きを調整することにより、光変調器１０の動作波長を変更することができる。傾き方向については、周期方向と非周期方向とが考えられる。特に、非周期方向、すなわち入射面ＩＳに垂直、かつパターン部１６の線状部分１６ａの長手方向に平行な面に沿って入射光を傾斜させると、広い範囲で動作波長を変更することができる。初期設定で入射角度を波長変化に対する感度が高い所定の角度に傾けておけば、数度の傾きで動作波長を幅広く網羅することができる。
【０１０４】
上記実施形態において、光変調器１０に照射する入射光の偏光方向を、分極方向ＤＥに相当するｘ方向とする例を挙げたが、分極方向ＤＥに垂直なｙ方向としてもよい。これにより、パターン部１６の厚みｔｇを薄くすることができ、光変調器１０の製造をより容易にすることができる。
【０１０５】
上記実施形態において、パターン部１６を下地層１４の平面に沿って配列させたが、下地層１４を湾曲状の面として、その湾曲面上に配列させてもよい。湾曲面としては、例えば、シリンドリカル面や非球面等がある。
【図１】
2017057700.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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