(57)【要約】【課題】  光の利用効率を改善した光変調装置の製造方法を提供する。【解決手段】  基板３０上に、Ｐｔなどの金属材料を用いて第１反射層３２を形成した後、印可する電界に応じて屈折率が変化する電気光学材料を用いた光変調膜３４を形成する。その後、光変調膜３４の上面の凹凸が、光変調装置１０に入射する光の波長の１／１００以下となるように平坦化処理を行う。その後、ＩＴＯやＺｎＯなどを用いた透明電極３６を光変調膜３４上に形成し、誘電体多層膜からなる第２反射層４０を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印可する電界に応じて屈折率が変化する光変調膜が２つの反射層に挟設されたファブリーペロー型の共振器を備えた光変調装置を製造する方法であって、
前記光変調膜を所定の反射層上に形成した後、前記光変調膜の上面を平坦化処理する工程を含むことを特徴とする光変調装置の製造方法。
【請求項２】
前記光変調膜の上面の凹凸が、当該光変調装置に入射する光の波長の１／１００以下となるよう平坦化処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置の製造方法。
【請求項３】
印可する電界に応じて屈折率が変化する光変調膜が２つの反射層に挟設されたファブリーペロー型の共振器を備えた光変調装置であって、
前記光変調膜上面の凹凸が、当該光変調装置に入射する光の波長の１／１００以下であることを特徴とする光変調装置。
【請求項４】
前記光変調膜は、印可した電界の２乗に比例して屈折率が変化する電気光学材料であることを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。
【請求項５】
前記電気光学材料は、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛であることを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
【請求項６】
前記共振器は、
基板と、
前記基板上に設けられた第１の反射層と、
前記第１の反射層上に設けられ印可した電界により屈折率が制御可能な光変調膜と、
前記光変調膜上に設けられた第２の反射層と、
前記光変調膜に電界を印可する電極対と、
を備えることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項７】
前記共振器に制御電圧を印加することにより、前記共振器に入射した光を変調して出射せしめる制御部をさらに備えることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項８】
前記共振器の共振波長を調整するためのバイアス電圧を、前記共振器に印加するバイアス部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の光変調装置。
【請求項９】
当該光変調装置は、半導体集積回路装置として１チップ化されていることを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の光変調装置。
【請求項１０】
請求項３から９のいずれかに記載の光変調装置と、
当該光変調装置に光を照射する発光部と、
当該光変調装置から出射される光を受ける受光部と、
を備えることを特徴とする光変調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振器構造を有する光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量の記録方式として、ホログラムの原理を利用したデジタル情報記録システムが知られている（たとえば特許文献１）。
【０００３】
ホログラム記録装置の空間光変調器の材料としては、たとえばチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（以下、ＰＬＺＴという）等の電気光学効果を有するものを用いることができる。ＰＬＺＴは、（Ｐｂ1-yＬａy）（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3の組成を有する透明セラミックスである。電気光学効果とは、物質に電界を印加するとその物質に分極が生じ屈折率が変化する現象をいう。電気光学効果を利用すると、印加電圧をオン、オフすることにより光の位相を切り替えることができる。そのため、電気光学効果を有する光変調材料を空間光変調器等の光シャッターに適用することができる。
【０００４】
こうした光シャッター等の素子への適用においては、従来、バルクのＰＬＺＴが広く利用されてきた（特許文献２）。しかし、バルクＰＬＺＴを用いた光シャッターは、微細化、集積化の要請や、動作電圧の低減や低コスト化の要請に応えることは困難である。また、バルク法は、原料となる金属酸化物を混合した後、１０００℃以上の高温で処理する工程を含むため、素子形成プロセスに適用した場合、材料の選択や素子構造等に多くの制約が加わることとなる。
【０００５】
こうしたことから、バルクＰＬＺＴに代え、基材上に形成した薄膜のＰＬＺＴを光制御素子へ応用する試みが検討されている。特許文献３には、ガラス等の透明基板上にＰＬＺＴ膜を形成し、その上に櫛形電極を設けた表示装置が記載されている。この表示装置は、ＰＬＺＴ膜が形成された表示基板の両面に偏光板が設けられた構成を有する。ここで、各画素の電極端子部が外部の駆動回路と接続されることにより、所望の画素が駆動され、表示基板の一面側に設けられた光源からの透過光により所望の表示をすることができるようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２９７００８号公報
【特許文献２】特開平５−２５７１０３号公報
【特許文献３】特開平７−１４６６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、薄膜のＰＬＺＴを光制御素子へ応用する例として、ＰＬＺＴ膜を光変調膜として用いた光変調装置について検討を行った。この光変調装置は、第１の反射層上に光変調膜が形成され、光変調膜上に第２の反射層が形成されたファブリーペロー型の共振器を備える。光変調膜に印加する電界によりその屈折率を変化させ、共振器の共振波長をシフトさせることによって、共振器からの反射光を制御するものである。
【０００７】
しかしながら、本発明者は、形成した光変調膜をそのまま利用した場合、この光変調装置は入射光の強度に対して反射光の強度が小さくなる、すなわち光の利用効率を高くすることが容易でないという知見を得た。特に、波長の短い青色（約４５０ｎｍ）や、青紫（約４００ｎｍ）の光源を用いた場合に光の利用効率の劣化が大きくなることを見出した。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、光の利用効率を改善した光変調装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の光変調装置の製造方法は、印可する電界に応じて屈折率が変化する光変調膜が２つの反射層に挟設されたファブリーペロー型の共振器を備えた光変調装置を製造する方法であって、光変調膜を所定の反射層上に形成した後、光変調膜の上面を平坦化処理する工程を含む。
【００１０】
この態様によると、光変調膜の上面を平坦化処理することによって、光の散乱を防ぎ、光の利用効率を改善した光変調装置を製造することができる。
【００１１】
光変調膜の上面の凹凸が、当該光変調装置に入射する光の波長の１／１００以下となるよう平坦化処理を行ってもよい。この場合、好適に光の散乱を防ぎ、光の利用効率を改善した光変調装置を製造することができる。たとえば、波長が４００ｎｍの青紫のレーザ光を用いる場合、凹凸を４ｎｍ以下とする。
【００１２】
本発明の別の態様は、光変調装置である。この光変調装置は、印可する電界に応じて屈折率が変化する光変調膜が２つの反射層に挟設されたファブリーペロー型の共振器を備えた光変調装置であって、光変調膜上面の凹凸が、当該光変調装置に入射する光の波長の１／１００以下であることを特徴とする。
【００１３】
光変調膜は、印可した電界の２乗に比例して屈折率が変化する電気光学材料であってもよい。電気光学材料は、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛であってもよい。
【００１４】
共振器は、基板と、基板上に設けられた第１の反射層と、第１の反射層上に設けられ印可した電界により屈折率が制御可能な光変調膜と、光変調膜上に設けられた第２の反射層と、光変調膜に電界を印可する電極対と、を備えてもよい。
【００１５】
共振器に制御電圧を印加することにより、共振器に入射した光を変調して出射せしめる制御部をさらに備えてもよい。
【００１６】
共振器の共振波長を調整するためのバイアス電圧を、共振器に印加するバイアス部をさらに備えてもよい。この場合、共振器の共振波長をシフトさせることができるため、共振波長を好適に調整することができる。
【００１７】
当該光変調装置は、半導体集積回路装置として１チップ化されていてもよい。この場合、小型の光変調装置を提供することができる。
【００１８】
本発明のさらに別の態様は、光変調システムである。この光変調システムは、光変調装置と、当該光変調装置に光を照射する発光部と、当該光変調装置から出射される光を受ける受光部と、を備える。この態様によると、たとえばホログラム記録装置や、表示装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光変調装置の製造方法によれば、光の利用効率を改善した光変調装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本実施の形態に係る光変調装置の概要を説明する。この光変調装置は、外部からの電圧印可によって反射率が変化する光変調装置である。この光変調装置は、ファブリーペロー型の共振器構造を有し、電界の印可に応じて屈折率の変化する光変調膜と、この光変調膜を挟むようにして形成される２層の反射層を備える。光変調装置にレーザ光を入射した状態で、制御信号を与えると、光変調装置の反射率を変化させることができ、反射されるレーザ光の強度を制御することができる。光変調装置により反射されたレーザ光は、反射率に比例した強度を有するため、この反射光を記録媒体あるいは光検出素子等により記録、検出することによりさまざまなアプリケーションに利用することができる。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る光変調装置の構成を示す図である。光変調装置１０は、制御部１２と、共振器１６とを備える。図１に示す共振器１６は、共振器１６の断面図である。共振器１６は、基板３０、第１反射層３２、光変調膜３４、透明電極３６、第２反射層４０を含む。
【００２２】
共振器１６は、基板３０上に形成される。この基板３０の材料としては、表面が平坦なガラス、シリコンなどを好適に用いることができる。たとえばシリコンからなる基板３０であれば、基板上にスイッチング素子を設け、その上に共振器１６を形成してもよい。
【００２３】
基板３０上には、第１反射層３２が形成される。第１反射層３２の材料としては、たとえばＰｔなどの金属材料を好適に用いることができる。第１反射層３２の厚みは、２００ｎｍ程度とする。本実施の形態において、第１反射層３２はＰｔで形成され、この第１反射層３２は、後述するように光変調膜３４に電界を印加する電極としても機能する。第１反射層３２をＰｔで形成した場合、第１反射層３２の反射率は５０％から８０％程度となる。
【００２４】
第１反射層３２の上面には光変調膜３４が設けられる。この光変調膜３４の材料としては、印加した電界に応じて屈折率が変化する固体の電気光学材料を選択する。このような電気光学材料としては、ＰＬＺＴ、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＬｉＮｂＯ３、ＧａＡ−ＭＱＷ、ＳＢＮ（（Ｓｒ，Ｂａ）Ｎｂ２Ｏ６）等を用いることができるが、特にＰＬＺＴが好適に用いられる。
【００２５】
光変調膜３４の膜厚ｔは、入射光の入射角および波長に応じて決定され、たとえば入射光を６５０ｎｍ付近の赤色光とした場合、５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。後述のように、光変調膜３４に印加される電界は、厚み方向に印加されるため、膜厚を１５００ｎｍ以下とすることで、十分な屈折率変化を得るための電界を印加することが容易となる。また、膜厚を５００ｎｍ以上とすることで、十分な光学膜厚変化を得ることができる。
【００２６】
本実施の形態に係る光変調装置１０においては、光変調膜３４の形成後に、光変調膜３４の上面を平坦化する処理を行う。この平坦化処理は、光の利用効率を改善する効果がある。
【００２７】
ＰＬＺＴなどの多結晶体においては、その表面に結晶粒界による凹凸が存在する。本発明者が、１０００ｎｍのＰＬＺＴ膜を形成すると、光変調膜３４の上面に３０〜５０ｎｍ程度の凹凸が存在していた。このＰＬＺＴ膜を、光変調膜３４としてそのまま利用すると、この凹凸によって、入射光や反射光が散乱され、光の利用効率が低下することになる。この凹凸を散乱の影響がなくなる程度まで小さくすることによって、光の散乱を防止し、光の利用効率を改善することができる。
【００２８】
平坦化処理は、光変調膜３４上面の凹凸が、入射光の波長の１／１００以下となるように行うことが望ましい。これにより、好適に散乱の影響をなくすことができる。ここで、凹凸は、中心線平均表面粗さ（Ｒａ）で表される。また、凹凸は、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ）によって測定することができる。
【００２９】
平坦化処理は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって行うことができる。また、化学的なエッチングや、機械的な研磨によって平坦化処理を行ってもよい。
【００３０】
光変調膜３４の上面には、透明電極３６が設けられる。透明電極３６は、たとえば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯ２などにより形成することができる。透明電極３６をＩＴＯやＺｎＯで形成した場合、その厚みは１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とする。ＩｒＯ２で形成する場合には、膜厚をより薄く、例えば５０ｎｍ程度とすることが望ましい。この透明電極３６は、抵抗値と透過率がトレードオフの関係となるため、その厚みは実験的に定めてもよい。
【００３１】
透明電極３６の上面には、第２反射層４０が形成される。この第２反射層４０は、誘電体多層膜によって形成され、屈折率ｎの異なる第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４が交互に積層される。第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４の材料の組み合わせとしては、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４８）、Ｓｉ３Ｎ４（ｎ＝２．０）を用いることができる。
【００３２】
誘電体多層膜をシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜で形成する場合、シリコン半導体集積回路の製造プロセスおよび製造装置を使用することができる。
【００３３】
誘電体多層膜は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができる。ＳｉＯ２膜は、ＴＥＯＳ、Ｏ２雰囲気中で温度２００℃の条件で成長させ、Ｓｉ３Ｎ４膜は、ＳｉＨ４、ＮＨ３雰囲気中で温度２００℃の条件で好適に成長させることができる。また、誘電体多層膜は、イオンビームスパッタ法により形成してもよい。
【００３４】
第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４のそれぞれの膜厚ｔ１、ｔ２は、共振器１６に入射する光の波長の１／４となるように設計する。すなわち、共振器１６に入射する光の波長をλ、誘電体膜の屈折率をｎとすると、各誘電体膜１層分の膜厚ｔは、ｔ＝λ／（ｎ×４）となるように調節する。
【００３５】
たとえば、光変調装置１０に波長λ＝６３３ｎｍの赤色のレーザ光が用いられる場合には、第１誘電体膜４２の膜厚ｔ１は、その材料としてＳｉＯ２（ｎ＝１．４８）とした場合、ｔ１＝６３３／（４×１．４８）＝１０６ｎｍ程度とする。また、第２誘電体膜４４の膜厚ｔ２は、材料としてＳｉ３Ｎ４（ｎ＝２．０）を用いた場合、ｔ２＝６３３／（４×２）＝７９ｎｍ程度とする。第２反射層４０を構成する誘電体膜の膜厚ｔ１、ｔ２は、必ずしも厳密にλ／（ｎ×４）に設計されている必要はない。
【００３６】
誘電体膜の材料としてはシリコン窒化膜に替えて、ＴｉＯ３（ｎ＝２．２）を用いてもよい。この場合、第２誘電体膜４４の膜厚ｔ２は、ｔ２＝６３３／（４×２．２）＝７２ｎｍ程度とする。
【００３７】
図１において、光変調膜３４から第２反射層４０に入射する光の反射率Ｒ２は、光変調膜３４から第１反射層３２に入射する光の反射率Ｒ１と等しくなるように設計する。反射率Ｒ１は、第１反射層３２に用いる金属材料によって定まり、Ｐｔを選択する場合、５０〜８０％となる。
【００３８】
従ってこのとき、反射率Ｒ２も５０〜８０％となるように設計する。第２反射層４０の反射率Ｒ２は、第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４の材料および膜厚によって調節することができる。本実施の形態においては、図１に示すように、第２反射層４０は、第１誘電体膜４２および第２誘電体膜４４をそれぞれ３層づつ交互に積層している。第２反射層４０において、第１誘電体膜４２、第２誘電体膜４４を積層する順番は逆であってもよい。また、反射率Ｒ２を微調節するために、第３の誘電体膜をさらに積層してもよい。
【００３９】
第２反射層４０は、金属薄膜で形成されるハーフミラーとしてもよい。この場合、誘電体多層膜を形成する場合に比べて製造工程を簡易化することができる。
【００４０】
本実施の形態においては、透明電極３６と第１反射層３２とが電極対を形成する。第１反射層３２の電位はたとえば接地電位に固定され、透明電極３６の電位は制御部１２によって制御される。
【００４１】
制御部１２は、光変調装置１０に入射した光を変調して出射せしめる制御電圧Ｖｃｎｔを生成し、出力する機能を有する。制御電圧Ｖｃｎｔは、ハイレベルＶＨまたはローレベルＶＬの２値をとる信号である。
【００４２】
以上のように構成された光変調装置１０の動作について説明する。図２は、光変調装置１０の動作状態を模式的に示す。同図において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。また、簡略化のため、透明電極３６などの構成要素は省略している。
【００４３】
共振器１６の上方から、強度Ｉｉｎのレーザ光が入射される。共振器１６の第１反射層３２、光変調膜３４、第２反射層４０は、ファブリーペロー型の共振器を構成し、入射された光の一部が閉じこめられ、その一部が反射される。入射するレーザ光の強度をＩｉｎとし、共振器１６によって反射されるレーザ光の強度をＩｏｕｔとするとき、共振器１６の反射率Ｒは、Ｒ＝Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎで定義される。
【００４４】
図３は、共振器１６に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す図である。第１反射層３２、光変調膜３４、第２反射層４０により構成されるファブリーペロー型の共振器は、
λｍ＝（２ｎｔｃｏｓθ）／ｍ  …（式１）
で与えられる。ここで、ｍは次数、ｎは光変調膜３４の屈折率、ｔは光変調膜３４の膜厚、θは、光変調膜３４におけるレーザ光の入射角である。図３に示すように、共振器１６の反射率Ｒは、共振波長λｍにおいて最小値をとる。
【００４５】
上述のように、光変調膜３４の屈折率ｎは、電極対に印加される電界Ｅに依存する。いま、第１反射層３２を接地電位とし、透明電極３６に制御電圧Ｖｃｎｔを印可すると、光変調膜３４には、厚み方向に電界Ｅ＝Ｖｃｎｔ／ｔが印可される。光変調膜３４としてＰＬＺＴを用いた場合、光変調膜３４の屈折率ｎの変化量Δｎと、印加される電界Ｅとの間には、
Δｎ＝１／２×（ｎ）３×Ｒ×Ｅ２  …（式２）
の関係が成り立つ。ここでＲは電気光学定数（カー定数）である。
【００４６】
図３に示す（Ｉ）は、共振器１６に電圧を印可しない場合の反射特性である。このとき、共振器１６の共振波長はλｍ１である。共振器１６に電圧を印可すると、光変調膜３４の屈折率が変化し、共振波長がλｍ１からλｍ２にシフトする。λｍ２はλｍ１より大きい値である。このときの反射特性を図３に（ＩＩ）で示す。
【００４７】
共振器１６に入射するレーザ光の波長をλｍ１とした場合、制御電圧Ｖｃｎｔを接地電位からある電圧値Ｖ１に変化させると、共振波長がシフトすることにより、共振器１６の反射率ＲはＲｍ１からＲｍ２に変化する。
【００４８】
ここで、電圧を印加しない場合の反射率Ｒｏｆｆと、電圧を印加した場合の反射率Ｒｏｎの比Ｒｏｎ／Ｒｏｆｆをオンオフ比と定義する。入射光の強度Ｉｉｎが一定のとき、反射光の強度Ｉｏｕｔは、反射率に比例することになる。したがって、オンオフ比が大きい方が反射光の強度Ｉｏｕｔを精度よく制御でき、光の利用効率も高いことを意味する。
【００４９】
共振波長λｍにおける共振器１６の反射率Ｒは、第１反射層３２での反射率Ｒ１および第２反射層４０での反射率Ｒ２が近い程低くなる。したがって、上述のように、第２反射層４０の誘電体多層膜の層数、材料を調節し、第１反射層３２での反射率Ｒ１と第２反射層４０での反射率Ｒ２を等しく設計することにより、オフ時の反射率Ｒを低く設定し、オンオフ比を高くとることができる。
【００５０】
このように、本実施の形態に係る光変調装置１０においては、光変調膜３４に印加する電界を変化させることにより、反射率を変化させ、反射光Ｉｏｕｔの強度を制御する光スイッチ素子を実現することができる。
【００５１】
次に、光変調膜３４上面の平坦化処理の効果について説明する。図４は、平坦化処理を行わない場合の光変調装置１０に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す図である。図４の破線は、第２反射層４０を形成前の反射特性を示し、実線は、第２反射層４０を形成後の反射特性を示す。図４において共振波長はλｍ３である。
【００５２】
図４に示すように、平坦化処理を行わない場合の反射特性は、共振波長λｍ３の長波長側と短波長側で反射率に差がある。第２反射層４０形成後の反射特性は、共振波長λｍ３の長波長側において、反射率が最大で７５％程度であるのに対し、共振波長λｍ３より短波長側においては最大で５５％程度である。このような反射特性の場合、共振器１６に制御電圧を印可し、共振波長λｍ３をシフトさせても反射率の変化は少なく、オンオフ比も小さくなってしまう。
【００５３】
図５は、平坦化処理を行った場合の光変調装置１０に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す図である。図５の破線は、第２反射層４０を形成前の反射特性を示し、実線は、第２反射層４０を形成後の反射特性を示す。図５において共振波長はλｍ４である。共振波長λｍ４が、図４に示すλｍ３と異なっているのは、共振器長となる光変調膜３４の膜厚ｔが異なるサンプルで測定を行っているためである。
【００５４】
図５に示すように、平坦化処理を行った場合、反射特性が改善されていることが分かる。特に共振波長λｍ４の短波長側における反射特性の改善が顕著であり、反射率が最大で７５％程度になっている。このような反射特性の場合、共振器１６に制御電圧を印可し、共振波長λｍ４をシフトさせたときに反射率の変化が大きく、オンオフ比を大きくすることができる。
【００５５】
光変調膜３４の平坦化処理を行わなかった光変調装置において、共振波長λｍより短波長側において特に反射率の低下が大きかったのは、レイリー散乱のためであると考えられる。光の散乱には、ミー散乱や、レイリー散乱などがあるが、光の波長に比べて十分小さい（１／１０以下程度）粒子に光が衝突したときにレイリー散乱が起こることが知られている。レイリー散乱の散乱強度は、波長の４乗に逆比例するので、波長の短い光の方が散乱が大きい。光変調膜３４の平坦化処理を行わなかった光変調装置においては、光変調膜３４上面の凹凸が光の波長の１／１０程度であったため、レイリー散乱により光の利用効率が低下していたが、平坦化処理を行い、凹凸を波長の１／１００以下と非常に小さくすることで、光の利用効率を改善した光変調装置を実現することができた。
【００５６】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００５７】
実施の形態では、制御部１２から透明電極３６に制御電圧Ｖｃｎｔを印可する構成としたが、制御電圧Ｖｃｎｔにバイアス電圧Ｖｂを重畳して印可してもよい。
【００５８】
共振器１６の共振波長λｍは、式１によって与えられるため、光変調膜３４の膜厚ｔに比例する。よって、光変調膜３４の平坦化処理によって光変調膜３４の膜厚ｔがばらついてしまうと、共振波長λｍもばらついてしまう可能性がある。
【００５９】
上述したように、共振波長λｍは、共振器１６に電圧を印可することによって変化させることができる。よって、制御電圧Ｖｃｎｔにバイアス電圧Ｖｂを重畳し、共振波長λｍを調整可能としておくことで、平坦化処理による膜厚ｔのばらつきを校正することができる。
【００６０】
図６は、共振波長λｍを調整可能な光変調装置１０の構成を示す図である。同図において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。また、簡略化のため、第２反射層４０などの構成要素は省略している。図６の光変調装置１０は、共振器１６と、制御部１２と、共振波長λｍを調整するためのバイアス電圧Ｖｂを生成するバイアス部１４とを備える。
【００６１】
図６に示すバイアス部１４は、バイアス電圧Ｖｂを生成する定電圧回路である。バイアス部１４は、可変抵抗４５と、抵抗４６と、定電圧ダイオード４８と、オペアンプ４９と、トランジスタ５０とを備える。
【００６２】
バイアス部１４に電源電圧を供給すると、バイアス部１４の出力端子５２には、バイアス電圧Ｖｂ＝Ｖｚ（１＋Ｒ１／Ｒ２）が出力される。Ｒ１は可変抵抗４５の抵抗値、Ｒ２は抵抗４６の抵抗値、Ｖｚは定電圧ダイオード４８のツェナー電圧である。バイアス電圧Ｖｂは、電源電圧の値によらない定電圧であり、可変抵抗４５の抵抗値を変化させることによって調整可能である。
【００６３】
制御電圧Ｖｃｎｔに重畳する好適なバイアス電圧Ｖｂの値は、平坦化処理後に、光変調膜３４の膜厚ｔを測定することにより求めることができる。ファブリーペロー型共振器の共振波長λｍは、式１で与えられる。よって、光変調膜３４の膜厚ｔが分かれば共振器の共振波長λｍは求めることができる。共振波長λｍと共振波長の目標値との差Δλから、共振波長λｍを目標値にシフトするのに必要な光変調膜３４の変化量Δｎが求まる。光変調膜３４の屈折率ｎの変化量Δｎと、印加される電界Ｅとの間には、式２の関係が成り立つので、共振波長λｍを目標値にシフトさせるのに必要な電界Ｅを求めることができる。電界と電圧は、Ｅ＝Ｖ／ｔの関係があるので、共振器１６に印可する好適なバイアス電圧Ｖｂの値を求めることができる。
【００６４】
このように、本実施の形態に係る光変調装置１０によれば、平坦化処理により共振器１６の光変調膜３４の膜厚ｔがばらついていた場合でも、バイアス部１４の可変抵抗４５を調整することにより、制御電圧Ｖｃｎｔに好適なバイアス電圧Ｖｂを重畳することができ、共振波長λｍを校正することができる。これにより、平坦化処理の精度が緩和されるため、光変調装置１０の歩留まりを向上することができる。
【００６５】
図６に示すバイアス部１４は、定電圧回路の一例であり、バイアス電圧Ｖｂは、他の定電圧回路や、レギュレータを用いて生成してもよい。また、バイアス電圧Ｖｂの設定は、制御電圧ＶｃｎｔがローレベルＶＬの状態で、共振器１６にレーザ光を入射し、反射光の強度をモニタしながら可変抵抗４５を調節することによって行ってもよい。このとき、反射光の強度が最小値となるべく可変抵抗４５を調節する。この場合、高精度に共振波長λｍの校正を行うことが可能である。
【００６６】
上述したように、共振器１６に電圧を印可した場合、共振器１６の共振波長λｍは、大きくなる方向にシフトする。また、ファブリーペロー型共振器において、共振波長λｍは、式１で与えられるので、膜厚ｔが厚くなると共振波長λｍは大きくなり、膜厚ｔが薄くなると共振波長λｍは小さくなる。したがって、本実施の形態に係る光変調装置１０においては、共振波長λｍの調整を行うために、目標とする共振波長λｍになる膜厚ｔよりも、膜厚が薄くなるように平坦化処理を行うとよい。
【００６７】
バイアス電圧Ｖｂは、自動制御により設定してもよい。バイアス電圧Ｖｂの自動制御を行った場合、光変調膜３４の特性が経時的に変化した場合や、入射するレーザ光の波長が変化した場合であっても、好適な共振波長λｍに制御することができる。たとえば、ＰＬＺＴなどの強誘電体は、同一方向の電圧を印可し続けることにより、強誘電体に発生する分極量がメモリされるインプリント現象を有することが知られている。
【００６８】
図７は、バイアス電圧Ｖｂを自動制御により設定する光変調装置１０の構成を示す図である。図７に示すバイアス部１４は、Ａ／Ｄ変換部５４と、ＣＰＵメモリ部５６と、Ｄ／Ａ変換部５８とを備える。
【００６９】
図７に示す光変調装置１０の動作について説明する。図７の光変調装置１０は、共振器１６から反射する光の強度をモニタし、フィードバック制御を行うことによってバイアス電圧Ｖｂを調整する。
【００７０】
レーザ光源６２から共振器１６に照射され、反射された光は、ホトダイオードや、ＣＣＤなどの光検出素子６４によって電気信号に変換される。光検出素子６４は、共振器１６から反射されたレーザ光を検出可能な位置に設けられる。たとえば、図示しないビームスプリッタにより、反射光を分岐させて、光検出素子６４に入射させてもよい。
【００７１】
光検出素子６４によって生成された電気信号は、入力端子５１からバイアス部１４に入力される。電気信号は、Ａ／Ｄ変換部５４によってデジタル値に変換され、ＣＰＵメモリ部５６に取り込まれる。ＣＰＵメモリ部５６は、光検出素子６４で検出される光の強度が最小になるべく、バイアス電圧Ｖｂを制御する。ＣＰＵメモリ部５６から出力された信号は、Ｄ／Ａ変換部５８によってアナログ値に変換され、出力端子５２にバイアス電圧Ｖｂを出力する。
【００７２】
バイアス電圧Ｖｂの自動制御を行うことによって、共振器１６の共振波長λｍを常にレーザ光源６２の波長と等しい値に制御することができる。
【００７３】
図７に示すバイアス部１４は、図１に示す基板３０に集積化して形成してもよい。本実施の形態に係る光変調装置１０は、反射型の変調器を構成するため、基板３０として不透明な材料を用いることができる。たとえば、基板３０としてシリコンを用いれば、制御部１２とバイアス部１４を基板３０に形成し、光変調装置１０を半導体集積回路装置として１チップ化することができる。
【００７４】
本実施の形態に係る光変調装置は、共振器と制御部を複数組備えていてもよい。たとえば、図１に示す光変調装置１０をマトリクス状に配置することによって、空間光変調装置を構成することができる。
【００７５】
図８（ａ）、（ｂ）は、光変調装置がマトリクス状に配置された空間光変調装置を示す図である。図８（ａ）は、空間光変調装置８の平面図を示す。空間光変調装置８は、基板３０上に８行８列の２次元状に配列された複数の画素２０を備える。画素２０は、２０μｍ×２０μｍ程度のサイズにて構成される。
【００７６】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す空間光変調装置のＡ−Ａ’線断面図を示す。光変調膜３４などの構成要素については、図１に示す共振器１６と同一である。
【００７７】
図８（ｂ）に示すように、ビアおよび配線３８を介して透明電極３６が外部に引き出されている。配線３８の材料としてはＡｌなどが好適に用いられる。配線３８の上面には、さらに保護膜を形成してもよい。
【００７８】
空間光変調装置８には、画素２０ごとに制御部１２から制御電圧Ｖｃｎｔが与えられ、画素２０ごとに反射率を制御することができる。
【００７９】
空間光変調装置８は、バイアス部１４を備えていてもよい。バイアス部１４の構成およびバイアス電圧Ｖｂの設定方法に関しては、図６、図７を用いて説明した構成および方法と同様である。空間光変調装置８において、各画素２０間の膜厚ばらつきが小さい場合には、各画素２０に共通のバイアス電圧Ｖｂを重畳すればよいため、バイアス部は、１つの空間光変調装置８に対して少なくとも１つ備えていればよい。
【００８０】
バイアス部は画素２０ごとに備えていてもよい。この場合は、より高精度に共振波長λｍの校正を行うことができる。
【００８１】
空間光変調装置８において、光変調膜３４上面の平坦化処理を行った場合、周辺の画素２０から散乱された光の影響を減らすことができる。
【００８２】
空間光変調装置８を用いてさまざまな光変調システムを構成することができる。図９は、空間光変調装置８を用いたホログラム記録装置７０を示す図である。ホログラム記録装置７０は、発光部８０と、受光部８２と、空間光変調装置８とを備える。発光部８０は、レーザ光源７２と、ビームエクスパンダ７４とを備える。受光部８２は、フーリエ変換レンズ７６と、記録媒体７８とを備える。
【００８３】
ホログラム記録装置７０において、レーザ光源７２から発せられたレーザ光は、図示しないビームスプリッタで２つの光に分割される。このうち一方の光は、参照光として用いられ、記録媒体７８内に導かれる。もう一方の光は、ビームエクスパンダ７４でビーム径が拡大され、平行光として空間光変調装置８に照射される。
【００８４】
空間光変調装置８に照射された光は、画素毎に異なる強度を有する信号光として空間光変調装置８から反射される。この信号光は、フーリエ変換レンズ７６を通過してフーリエ変換され、記録媒体７８内に集光される。記録媒体７８内において、ホログラムパターンを含む信号光と参照光の光路とが交差して光干渉パターンを形成する。光干渉パターン全体が屈折率の変化（屈折率格子）として記録媒体７８に記録される。
【００８５】
上記においては、空間光変調装置８をホログラム記録装置７０に用いる場合について説明したがこれには限定されず、表示装置、光通信用スイッチ、光通信用変調器、光演算装置、および暗号化回路等にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施の形態に係る光変調装置の構成を示す図である。
【図２】光変調装置の動作状態を模式的に示す図である。
【図３】共振器に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す図である。
【図４】平坦化処理を行わない場合の光変調装置に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す図である。
【図５】平坦化処理を行った場合の光変調装置に入射する光の波長λと反射率Ｒの関係を示す図である。
【図６】共振波長λｍを調整可能な光変調装置の構成を示す図である。
【図７】バイアス電圧Ｖｂを自動制御により設定する光変調装置の構成を示す図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、光変調装置がマトリクス状に配置された空間光変調装置を示す図である。
【図９】空間光変調装置を用いたホログラム記録装置を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  光変調装置、  １２  制御部、  １６  共振器、  ３０  基板、  ３２  第１反射層、  ３４  光変調膜、  ３６  透明電極、  ４０  第２反射層、  ４２  第１誘電体膜、  ４４  第２誘電体膜。
【図１】
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【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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