(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反転対称性を有する単結晶からなる電気光学材料と、
該電気光学材料の第１の面上に形成された第１の陽極と、前記第１の面に対向する第２の面上に形成され、前記第１の陽極と向かい合う位置に形成された第１の陰極とからなる第１の電極対と、
前記第１の面上に形成され、前記第１の陽極とは間隔をおいて配置された第２の陰極と、前記第２の面上に形成され、前記第２の陰極と向かい合う位置に形成され、前記第１の陰極とは間隔をおいて配置された第２の陽極とからなる第２の電極対とを備え、
前記第１の面と直交する第３の面から光を入射させたとき、前記第１の電極対の間を透過してから前記第２の電極対の間を透過して、前記第３の面に対向する第４の面に向けて光軸が設定され、
前記第１の電極対と前記第２の電極対とにより、前記電気光学材料の内部に空間電荷を形成するキャリアを注入して、前記第１の電極対により前記電気光学材料を透過する光の偏向原点を前記光軸に直交する方向に移動し、前記第２の電極対により前記移動した偏向原点に基づいて前記透過する光の偏向角を変えることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記第２の電極対の前記光軸に沿った長さは、前記第１の電極対の前記光軸に沿った長さの２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記第１および第２の陽極と前記第１および第２の陰極とは、前記電気光学材料とオーミック接合が形成される材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記電気光学材料は、ペロブスカイト型単結晶材料であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記電気光学材料は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴＮ：ＫＴａ1-xＮｂxＯ3、０＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項４に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記電気光学材料は、結晶の主成分が、周期律表Ｉａ族とＶａ族から構成されており、Ｉａ族はカリウムであり、Ｖａ族はニオブ、タンタルの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記電気光学材料は、さらに、添加不純物としてカリウムを除く周期律表Ｉａ族またはＩＩａ族の１または複数種を含むことを特徴とする請求項６に記載の光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号によって光線を曲げる光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光などの光ビームの進行方向を高速に変える装置、いわゆる光偏向器として、ガルバノミラー、ポリゴンミラーなど、鏡を電磁誘導で回転させる装置が多く用いられてきた。しかし、これらの光偏向器は、有限の質量の鏡を動かすため、慣性によって動作速度が制限される。これに比較して、電気光学効果（ＥＯ効果）を利用した光偏向器（ＥＯ光偏向器）は、可動部分がないので、著しい高速化が可能となる。
【０００３】
ＥＯ効果とは、ある種の物質に電界を印加すると、その物質の屈折率が変化する現象であり、この物質を電気光学材料と呼ぶこともある。ＥＯ光偏向器は、電界を印加するための駆動電源の速度に制限されることが多いが、原理的には数１００ＭＨｚ以上の応答も期待できる。
【０００４】
従来、電気光学材料をプリズム上に成型したＥＯ光偏向器が知られている。このプリズムに電界を印加すると、全体的に屈折率が変わるため、入射する光の屈折角が変化し、入射光線を偏向することができる。しかし、ＥＯ効果による屈折率変化は、大きくて１０-3程度と小さく、偏向角も小さいのが難点である。
【０００５】
近年、電気光学材料に電子を注入し、電気光学材料中で形成された空間電荷を利用する空間電荷型のＥＯ光偏向器が開発された（例えば、特許文献１参照）。ガウスの法則によると、電界分布の勾配が電荷密度に比例することから、空間電荷が存在すると、電界の分布が発生することがわかる。このため、ＥＯ効果によって屈折率の分布が発生し、この屈折率分布によって光線の向きを変えることができる。空間電荷型のＥＯ光偏向器では、電気光学材料中の光路長を長くすることによって、偏向角を大きくすることが可能で、全幅で１０度以上偏向することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４７５１３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したＥＯ光偏向器は、電気光学材料の長さを長くすることにより、屈折率の変調の効果が蓄積され、偏向角を大きくすることができる。しかし、電気光学材料の長さを長くすると、偏向角が大きくなるものの、偏向された光が電気光学材料から出射される端面に収まりきれず、端面とは異なる面に当たって、外部に出射されないという問題があった。すなわち、電気光学材料の光の偏向方向の厚さによって、偏向角が制限されていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、電気光学材料の長さ、厚さを増すことなく、偏向角を大きくすることができる光偏向器を提供することにある。
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、反転対称性を有する単結晶からなる電気光学材料と、該電気光学材料の第１の面上に形成された第１の陽極と、前記第１の面に対向する第２の面上に形成され、前記第１の陽極と向かい合う位置に形成された第１の陰極とからなる第１の電極対と、前記第１の面上に形成され、前記第１の陽極とは間隔をおいて配置された第２の陰極と、前記第２の面上に形成され、前記第２の陰極と向かい合う位置に形成され、前記第１の陰極とは間隔をおいて配置された第２の陽極とからなる第２の電極対とを備え、前記第１の面と直交する第３の面から光を入射させたとき、前記第１の電極対の間を透過してから前記第２の電極対の間を透過して、前記第３の面に対向する第４の面に向けて光軸が設定され、前記第１の電極対と前記第２の電極対とにより、前記電気光学材料の内部に空間電荷を形成するキャリアを注入して、前記第１の電極対により前記電気光学材料を透過する光の偏向原点を前記光軸に直交する方向に移動し、前記第２の電極対により前記移動した偏向原点に基づいて前記透過する光の偏向角を変えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、第１の電極対で挟まれた偏向領域の偏向角に対し、第２の電極対で挟まれた偏向領域の偏向角を逆向きにすることにより、偏向角を大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】空間電荷型のＥＯ光偏向器の構成を示す図である。
【図２】空間電荷型のＥＯ光偏向器における偏向の様子を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる空間電荷型のＥＯ光偏向器の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる空間電荷型のＥＯ光偏向器の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
（空間電荷型ＥＯ光偏向器の動作原理）
図１に、空間電荷型のＥＯ光偏向器の構成を示す。ＥＯ光偏向器は、電気光学材料基板１０１の上下面に、基板の外形に合わせた電極１０２、１０３が形成された基本単位素子からなる。電極１０２、１０３に駆動電源を接続して、電気光学材料基板１０１の上下方向、すなわち入射光線１０４の光軸に対して垂直に電界を印加する。ＥＯ効果が１次である場合、すなわちポッケルス効果である場合、屈折率変化分Δｎは、元の屈折率をｎ0、１次の電気光学係数をｒ、電界をＥとして、
【００１４】
【数１】
0006491615.tif 000002
【００１５】
である。入射光線１０４がこの基本単位素子を透過する時の光路長Ｓは、元の光路長をＳ0、電気光学材料基板１０１の光進行方向の長さをＬとして、
【００１６】
【数２】
0006491615.tif 000003
【００１７】
となる。光線が偏向するのは、この光路長Ｓが、位置座標ｘに依存するからである。偏向角θは、
【００１８】
【数３】
0006491615.tif 000004
【００１９】
となる。図１の構成で偏向を起こすためには、ＥＯ光偏向器に、電圧を印加するなどの方法により、電気光学材料内部にキャリア（電子または正孔）を注入する。簡単のため、注入されたキャリアによる電荷が均一に分布し、従って電荷密度ρを一定とする。電荷密度をρ、誘電率をεとすると、ガウスの法則より、
【００２０】
【数４】
0006491615.tif 000005
【００２１】
であるから、結局、偏向角θは、
【００２２】
【数５】
0006491615.tif 000006
【００２３】
となる。これより、偏向角は、長さＬに比例し、従って長い基板を用いることにより、大きな偏向角が得られることが分かる。
【００２４】
また、当然のことながらＥＯ効果が大きい方ほど偏向角が大きい。ＥＯ効果の大きい材料として、後述するタンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴＮ）を好適に用いることができる。ＫＴＮの場合、ＥＯ効果は１次ではなくて２次のいわゆるカー効果であるので、屈折率変化分Δｎは、２次の電気光学係数をｓとして、
【００２５】
【数６】
0006491615.tif 000007
【００２６】
となる。この場合は上述の例と同じく電荷密度ρを一定とすると、
【００２７】
【数７】
0006491615.tif 000008
【００２８】
が得られ、偏向角は位置に依存する。ただし、ｄは電気光学材料基板１０１の厚さであって、電極間距離に相当し、Ｖは印加電圧である。位置を電極間の中点ｄ／２にとると、偏向角θは、
【００２９】
【数８】
0006491615.tif 000009
【００３０】
のように簡単な形が得られる。
【００３１】
ＥＯ効果が１次である場合、（１）式より偏向角が電荷密度ρに比例するので、電圧によって電荷密度を変化させて、偏向角を制御する。電荷密度を変化させるので、電子の移動速度が偏向角の制御速度を限定する要因となる。一方、ＥＯ効果が２次であるＫＴＮの場合、（２）式より偏向角が電圧Ｖにも比例する。この場合は、電荷密度が変化しなくても、すなわち電子が電圧に応答して動かなくても、電圧によって直接、偏向角の制御が可能である。従って、電圧の印加から遅く見積もっても１μｓ以下（周波数では５００ｋＨｚ以上）の時間で応答する、高速動作の光偏向器を実現することができる。このため、２次のＥＯ効果を有する電気光学材料は、本実施形態の光偏向器を構成する材料として好適である。２次のＥＯ効果を有する電気光学材料は、反転対称性を有する電気光学材料と言い換えることもできる。反転対称性を有する材料については、まとめて後述する。
【００３２】
（基板の長尺化による偏向角の限界）
図２に、空間電荷型のＥＯ光偏向器における偏向の様子を示す。図１の空間電荷型ＥＯ光偏向器の内部を透過する光線を、電気光学材料基板１０１の側面から観測した様子を示す。電気光学材料基板１０１内において、光線１０６は、上記の屈折率分布によって、図示のように徐々に偏向してゆく。最終的に、電気光学材料基板１０１から外部に出射されるとき、光線はスネルの法則によって、出射端面において屈折し、図のような出射光線１０５となる。このとき、外部に出る直前の光線の接線を外挿すると、図の破線のように、電気光学材料基板１０１の中央で、入射光線１０４の外挿直線と交わる。つまり、実際には光線１０６は、図示のように曲線を描くものの、便宜的には、基板１０１の内部でも直進し、中央で折れ曲がり、再び直進する、と考えてもよい。ここでは、光線が仮想的に折れ曲がる点を、偏向原点１０７と呼ぶ。
【００３３】
図２に示した光線１０６は、基板に当たらずに出射しているが、偏向角が大きくなると、出射端面に達する前に電気光学材料基板１０１の上面に当り出射されなくなる。電気光学材料基板１０１の光軸方向の長さをＬ、厚さをｄ、基板１０１の内部での偏向角、すなわち偏向原点１０７における内部偏向角１０８をθとすると、偏向原点１０７が基板１０１の中央にあることから、
【００３４】
【数９】
0006491615.tif 000010
【００３５】
が偏向角の限界を与える。つまり、（２）式によって、Ｌが大きいほど偏向角は大きくなると思われるが、実際には、Ｌが大きすぎると、（３）式によって偏向角の限界が抑制されてしまう。当然ながら、Ｌが小さいと、（２）式によって十分に大きい偏向角を得られない。
【００３６】
（３）式による限界を引き上げるためには、Ｌの調整以外に、厚さｄを大きくする方法がある。ところが、ｄを大きくすると、（２）式により、印加電圧を大きくしないと、偏向角が下がってしまう。さらに、ｄを大きくすると、電圧を大きくしない限り、電荷密度ρも小さくなり、相乗効果で偏向角が小さくなる。
【００３７】
もう１つの対策として、入射光線１０４の入射端面における入射位置を変える方法がある。図２では、入射光線１０４は、入射端面の上下方向の中間点に入射している。この入射位置を、電気光学材料基板１０１の下の電極１０３の面の付近にずらす。これにより、ｄが２倍近くになったのと同じ状態が実現されるので、偏向角の限界は、（３）式の２倍に近づく。
【００３８】
一方、上下の基板面の中間点に入射する図２の構成では、電圧の極性を逆にすることにより、図２とは逆方向への偏向が可能である。駆動電源として、両極性の出力が可能な電源を用いるならば、偏向角の全幅は（３）式の２倍となる。一方、入射位置を下の電極面付近にずらすと、図の上方向への偏光角はほぼ倍増するものの、電圧を反転しても、図の下方向への偏向はほぼ不可能になってしまう。このため、入射位置をずらすだけでは、偏向角は増加せず、根本的な解決となっていない。
【００３９】
（電極対を２つ使用することによる偏向角増大）
図３に、本発明の一実施形態にかかる空間電荷型のＥＯ光偏向器の構成を示す。そこで、本実施形態では、電極対を２つ形成することにより、上述した課題を解決する。ＥＯ光偏向器は、電気光学材料基板２０１の上下面に、２つの電極対、すなわち電極２０２、２０３と電極２１２、２１３とが形成された基本単位素子からなる。光の入射側に近い方の第１の面上に形成された第１の陽極２０２と、第１の面に対向する第２の面上に形成され、第１の陽極と向かい合う位置に形成された第１の陰極２０３を第１の電極対とする。光の出射側に近い方の第１の面上に形成され、第１の陽極とは間隔をおいて配置された第２の陰極２１２と、第２の面上に形成され、第２の陰極と向かい合う位置に形成され、第１の陰極とは間隔をおいて配置された第２の陽極２１３を第２の電極対とする。第１の電極対と第２の電極対とでは、電界の印加方向が逆であり、偏向の方向が逆になることを特徴としている。以下、動作原理を説明する。
【００４０】
第１の面と直交する第３の面から光を入射させたとき、第１の電極対の間を透過してから第２の電極対の間を透過して、第３の面に対向する第４の面から光が出射するように光軸が設定されている。図３において、電気光学材料基板２０１の左側、第３の面から入射した入射光線２０４を、第１の電極対で上向きに偏向させる。このままでは、電気光学材料基板２０１の内部を光線が直進すると、電気光学材料基板２０１の上面の位置まで達してしまう。しかし、入射した光線が第１の電極対の間を抜けると、第２の電極対の間に進入する。第２の電極対では、第１の電極対とは逆に、下向きに偏向させる。電気光学材料基板２０１の内部を透過する光線は、右上方向に向いていた偏光角が徐々に小さくなり、一定距離進行すると、偏向角はゼロになる。さらに第２の電極対によって偏向が進み、右下向きの偏向となり、十分に偏向角を増加させた後、電気光学材料基板２０１の右側、第４の面から出射光線２０５となって出射される。
【００４１】
本実施形態においては、第２の電極対が偏向の主たる部分を担い、第１の電極対は、第２の電極対を補助する位置づけである。図３の構成では、入射光線２０４の入射端面における入射位置が中間点であるにもかかわらず、偏向原点が、電気光学材料基板２０１の上方に移動する。従って、偏向角の制限を示す（３）式において、ｄを２倍近くに増やすことと同等の効果が得られるので、内部偏向角も２倍近くに向上する。
【００４２】
上述した入射光線の入射端面における入射位置をずらす方法は、片方向の偏光角を増大させる半面、反対極性の電圧による反対方向の偏向の角度が減少するため、全偏向角は増大しなかった。本実施形態においては、第２の電極対だけに着目すれば、この入射位置をずらしたことと等価であり、第１の電極対を用いることにより、入射位置をずらす方向を動的に制御できると考えることもできる。このため、片側の偏光角のみならず、上下両方向の偏向角を同時に増大することが可能である。
【００４３】
本実施形態の特徴は、第１の電極対と第２の電極対とにより、偏向方向を反転することを特徴し、その実現のためにはいくつかの方法がある。第１に、第１および第２の電極対が印加する電圧の極性を逆にすることである。第２に、電気光学材料基板２０１内部に空間電荷を形成するキャリアが、正負両方ある場合、例えば、電子と正孔の両者がキャリアとなりうる場合、第１の電極対の間では電子で空間電荷を形成し、第２の電極対の間では正孔で空間電荷を形成すればよい。第１および第２の電極対が印加する電圧が同じ方向であっても、偏向方向を逆向きにすることができる。キャリアを変えるには、電極材料を変える方法があり、電極材料の選択については後述する。また、１つの基板で電子と正孔とを共存させることが困難な場合、第１の電極対の領域と第２の電極対の領域とで、基板材料を変えてもよい。
【００４４】
第１の電極対で挟まれた偏向領域を第１の偏向器、第２の電極対で挟まれた偏向領域を第２の偏向器とする。第１の偏向器の偏向角に対し、第２の偏向器の偏向角は、２倍を超える値に設定することになる。第２の偏向器では、第１の偏向器で発生させた第１の偏向角を帳消しにし、さらに逆方向に第１の偏向角以上の第２の偏向角を与えることにより、上述した従来のＥＯ光偏向器の偏向角を上回る偏向角が得られる。
【００４５】
第２の偏向角を、第１の偏向角の２倍超にするためには、（２）式が示す通り、電圧Ｖを２倍超にする、電荷密度ρを２倍超にする、電極長さＬを２倍超にすることが考えられる。誘電率εについては、反転対称性を有する電気光学材料では、２次の電気光学係数ｓが誘電率εの二乗に比例する性質があるため、偏向角はεに比例する。このため偏向機能を２倍超にするためには、誘電率を２倍超にすればよい。反転対称性を有する電気光学材料の誘電率εは、温度を変えることにより、大きく変えることが可能である。ただし、同じ基板の中で、誘電率が２倍になるほどの温度差をつけるのは多少の困難を伴う。また、電荷密度ρの制御も同様の困難を伴う。異なる電圧を印加するために、２系統の駆動電源を用意するのは不便である。以上のことから、電極長さＬ、すなわち光軸に沿った長さを、第１の電極対に対し、第２の電極対を２倍超にするのが、最も容易な手段と考えられる。
【００４６】
図４に、本発明の一実施形態にかかる空間電荷型のＥＯ光偏向器の変形例を示す。偏向角を十分にとるためには、電極長さを一定の値以上に長くする必要があり、したがって、電気光学材料基板の長さも一定の値以上に長くする必要がある。このとき、図３に示すように、電気光学材料基板の長さそのものを長くする以外に、電気光学材料基板の表面に高反射率のミラーを設置し、内部反射させることにより、光路長を長くする方法がある。
【００４７】
図４は、その様子を示したものであり、図３の偏向器を上から観測した図である。空間電荷型ＥＯ光偏向器の内部を透過する光線を、電気光学材料基板２０１の上面から観測した様子を示す。図４において、入射光線２０４は、左上から斜めに電気光学材料基板２０１に入射する。入射した光は、表面で屈折して電気光学材料基板２０１内部を進むが、入射した面と反対側の面に達したとき、表面に形成された高反射膜２２１によって反射され、再び電気光学材料基板２０１の内部を進行する。反射された光は、光が入射した面に再び到達すると、こちらにも形成されている高反射膜２２２によって再び反射される。図４においては、高反射膜２２１，２２２により、光線は、電気光学材料基板２０１の内部を５回透過している。これにより、図３に示したＥＯ光偏向器と比較して、約５倍の光路長となる。光線は、高反射膜２２１が形成されていない隙間から、出射光線２０５として外部へ出射される。
【００４８】
このような構造のＥＯ光偏向器であっても、本実施形態を適用することができる。図４では、電極２０２が、光の入射側に近い方に、平行四辺形で形成されている。同じく電極２１２が、光の出射側に近い方に平行四辺形で形成されている。なお、電極２０３と電極２１３は、電極２０２と電極２１２と重なって見えるため、記載されていない。このような構成であっても、電極２０２の幅に対して、電極２１２の幅を２倍以上にすることにより、本実施形態の偏向角増大の効果を得ることができる。
【００４９】
（電気光学材料）
多くの電気光学材料は、反転対称性を有しておらず、ポッケルス効果を発現する。これに対して、一部の電気光学材料は、反転対称性を有しており、ポッケルス効果を発現せず、カー効果が支配的となる。従って、本実施形態の電気光学材料基板２０１を構成する電気光学材料としては、反転対称性を有する材料を用いることが重要である。
【００５０】
一般に誘電体は、外部から電界を印加すると、それに比例した分極が発生するが、電界を取り去ると、分極はゼロに戻る。しかし、電界を取り去っても有限の分極が残る物質が存在する。外部電界がなくても存在する分極を自発分極という。この自発分極を、外部電界によって向きを反転させることができる物質が存在し、これを強誘電体という。
【００５１】
反転対称性を有する単結晶とは、原子の配列を、ある原点を中心としてｘ，ｙ，ｚ座標系で反転したとき、元の原子の配列と完全に同じ配列となる結晶をいう。自発分極を有する結晶を、座標軸上で反転すると、自発分極の向きが反転するので、このような結晶は反転対称性を有するとはいえない。従って、強誘電体は自発分極を有するので、反転対称性を有していない。
【００５２】
一方、自発分極を有していても、それを外部電界で反転することができない物質も存在する。このような物質は、反転対称性を有していないが、強誘電体でもないので、反転対称性を有していない物質が全て強誘電体であるわけではない。また、強誘電体であって、かつ反転対称性を有するということは、ありえない。
【００５３】
反転対称性を有する電気光学材料としては、ペロブスカイト型の結晶構造を有する単結晶材料がある。ペロブスカイト型単結晶材料は、使用温度を適切に選択すれば、使用状態において反転対称性を有する立方晶相となる。立方晶相においては、ポッケルス効果を発現せず、カー効果が支配的となる。例えば、最もよく知られたチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3、以下ＢＴという）でも、１２０℃付近の相転移温度（正方晶相から立方晶相へ相転移する温度）を超えた温度であれば、立方晶相となり、カー効果を発現する。
【００５４】
また、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3、０＜ｘ＜１、以下ＫＴＮという）を主成分とする単結晶材料は、より好適な特徴を有する。ＢＴは相転移温度が決まっているのに対し、ＫＴＮは、タンタルとニオブの組成比により、相転移温度を選択することができる。これにより、室温付近に相転移温度を設定することができる。ＫＴＮは、相転移温度よりも高い温度であれば立方晶相となり、反転対称性を有し、大きなカー効果を有する。同じ立方晶相にあっても、より相転移温度に近い方が、カー効果が圧倒的に大きくなる。このため、室温付近に相転移温度を設定することは、大きなカー効果を簡便に実現する上で、非常に重要である。
【００５５】
さらに、ＫＴＮに関連する単結晶材料として、結晶の主成分が、周期律表Ｉａ族とＶａ族から構成されており、Ｉａ族はカリウムであり、Ｖａ族はニオブ、タンタルの少なくとも１つを含む材料を用いることができる。また、添加不純物としてカリウムを除く周期律表Ｉａ族、例えばリチウム、またはＩＩａ族の１または複数種を含むこともできる。例えば、立方晶相のＫＬＴＮ（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）結晶を用いることもできる。
【００５６】
その他に、ＰｂＴｉ1-xＺｒxＯ3（ＰＺＴ）や、これにＬａを添加したＰＬＺＴも、ペロブスカイト型結晶であり、組成と使用温度の選択により、反転対称性を持たせることができる。これらは、単結晶でなくても、多結晶の焼結体としても用いることができる。
【００５７】
（電極材料）
電気光学材料に高い電圧を印加すると、電極から電荷が注入され、結晶内に空間電荷が発生しうる。この空間電荷により電圧の印加方向に電界の大きさの傾斜が生じるために、屈折率の変調にも傾斜が生じることは、上述のとおりである。従って、電気光学材料を本実施形態の空間電荷型ＥＯ光偏向器として機能させるため、所望の屈折率分布を得るためには、電気光学材料基板２０１に電圧を印加した際に、電気光学材料基板２０１の内部に高密度の空間電荷が形成されるのがよい。
【００５８】
空間電荷の量は、キャリアの注入効率に依存する量である。電気光学結晶において電気伝導に寄与するキャリアが電子の場合には、電極材料の仕事関数が小さくなるにつれて、電極と基板との間はオーミック接合に近づき、キャリアの注入効率は増加する。逆に、電極材料の仕事関数が大きくなるにつれて、電極と基板との間はショットキー接合に近づき、キャリアの注入効率は減少する。従って、空間電荷型のＥＯ光偏向器として機能させるためには、電極は、電気光学材料とオーミック接合が形成される材料であることが好ましい。具体的には、電極材料の仕事関数は、５．０ｅＶ未満であることが好ましい。例えば、仕事関数が５．０ｅＶ未満の電極材料として、Ｔｉ（３．８４）等を用いることができる。（）内は仕事関数を示し、単位はｅＶである。なお、Ｔｉの単層電極は、酸化して高抵抗になるので、一般的には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを順に積層した電極を用いて、Ｔｉの層と電気光学結晶とを接合させる。さらに、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯなどの透明電極を用いることもできる。
【００５９】
一方、電気光学結晶において電気伝導に寄与するキャリアが正孔の場合には、正孔を効率よく注入するために、電極材料の仕事関数は、５．０ｅＶ以上であることが好ましい。例えば、仕事関数が５．０ｅＶ以上の電極材料として、Ｃｏ（５．０）、Ｇｅ（５．０）、Ａｕ（５．１）、Ｐｄ（５．１２）、Ｎｉ（５．１５）、Ｉｒ（５．２７）、Ｐｔ（５．６５）、Ｓｅ（５．９）を用いることができる。
【実施例１】
【００６０】
図３に示したように、電気光学材料を板状に加工した電気光学材料基板２０１の上面および下面に、電極２０２、２０３，２１２、２１３を形成する。電気光学材料基板２０１は、ＫＴＮ単結晶から、ブロックを切り出し、４０．２ｍｍ×１．２ｍｍ×（厚さＴ＝）１．２ｍｍの形状に成形する。電気光学材料基板２０１の６面とも、結晶の（１００）面に平行とし、光学研磨を行っている。このＫＴＮ単結晶は、相転移温度３５℃であったので、これを少し上回る３７℃で使用する。この温度で、比誘電率は２２，０００であった。４つの電極は、電気光学材料基板２０１の４０．２ｍｍ×３．２ｍｍの２面に、チタン（Ｔｉ）を蒸着して形成されている。Ｔｉ電極膜の上には、白金と金を続けて成膜して保護した。電極２０２、２０３は、光軸方向の長さを１０ｍｍとした。電極２１２、２１３は、光軸方向の長さを３０ｍｍとした。
【００６１】
この光偏向器を、３７℃で温度制御した状態で、コリメートしたレーザ光を、入射光線２０４として入射する。光の偏光は直線で、振動電界の方向は図３の上下方向である。電圧を印加したときの偏向角は、電極２０２、２０３間に３２０Ｖ、電極２１２、２１３間に−３２０Ｖ印加したときに最大で、約７度であった。それ以上印加すると、光線は正常に出射されなかった。上記電圧の極性を全て反転すると、−７度となり、合わせて１４度偏向させることができた。
【００６２】
一方、図２に示したように、４０．２ｍｍ×１．２ｍｍ×（厚さＴ＝）１．２ｍｍの形状の電気光学材料基板１０１に、基板の外形に合わせた電極１０２、１０３を設置した場合、最大で３．４度までしか偏向させることができなかった。このことから、本実施形態の効果が確認された。
【実施例２】
【００６３】
図４に示したように、電気光学材料を板状に加工した電気光学材料基板２０１の上面および下面に、電極２０２、２０３，２１２、２１３を形成する。電気光学材料基板２０１は、ＫＴＮ単結晶から、ブロックを切り出し、８ｍｍ（上下方向）×４ｍｍ（左右方向）×（厚さＴ＝）１．２ｍｍの形状に成形する。電気光学材料基板２０１の６面とも、結晶の（１００）面に平行とし、光学研磨を行っている。このＫＴＮ単結晶は、相転移温度３５℃であったので、これを少し上回る３７℃で使用する。この温度で、比誘電率は２２，０００であった。４つの電極は、基板１０１の８ｍｍ×４ｍｍの２面に、チタン（Ｔｉ）を蒸着して形成されている。Ｔｉ電極膜の上には、白金と金を続けて成膜して保護した。また、高反射膜２２１，２２２として、誘電体多層膜を、それぞれ所望の形状となるように蒸着した。
【００６４】
この光偏向器を、３７℃で温度制御した状態で、コリメートしたレーザ光を、入射光線２０４として入射する。光の偏光は直線で、振動電界の方向は図４の紙面垂直方向である。電圧を印加したときの偏向角は、電極２０２、２０３間に３２０Ｖ、電極２１２、２１３間に−３２０Ｖ印加したときに最大で、約７度であった。それ以上印加すると、光線は正常に出射されなかった。上記電圧の極性を全て反転すると、−７度となり、合わせて１４度偏向させることができた。
【００６５】
一方、図２に示したように、８ｍｍ×４ｍｍ×（厚さＴ＝）１．２ｍｍの形状の電気光学材料基板１０１に、基板の外形に合わせた電極１０２、１０３を設置した場合、最大で３．４度までしか偏向させることができなかった。このことから、本実施形態の効果が確認された。
【符号の説明】
【００６６】
１０１，２０１  電気光学材料基板
１０２，１０３，２０２，２０３，２１２，２１３  電極
１０４，２０４  入射光線
１０５，２０５  出射光線
１０６  光線
１０７  偏向原点
２２１，２２２  高反射膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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