(57)【要約】電気光学結晶（１）の対向する一対の側面（１ａ、１ｂ）に、溝（３ａ、３ｂ）を各底面の距離が所定の距離以下になるべく各々の底面が互いに近接するように形成し、この溝（３ａ、３ｂ）をほぼ完全に埋めるように各溝内に一対の電極（５ａ、５ｂ）を形成する。
2004111710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合電界により複屈折率が変化する電気光学結晶（１）と、この電気光学結晶に対して電界を結合させるために該電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極（５ａ，５ｂ）とを有し、この一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた前記複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子であって、
前記電気光学結晶（１）は、前記入射する光の方向と平行な一対の側面のそれぞれに、前記方向と平行な溝（３ａ，３ｂ）を有することにより、両溝により挟まれた薄い結晶部分が前記電界が結合する部分として構成され、
前記一対の電極（５ａ，５ｂ）は、それぞれ前記溝（３ａ，３ｂ）を満たすように形成されていることを特徴とする電気光学変調素子。
【請求項２】
前記両溝（３ａ，３ｂ）は、前記一対の側面において、前記光が入射し出射する両端面（１ｃ、１ｄ）に渡って形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電気光学変調素子。
【請求項３】
前記両溝は、前記一対の側面において、前記光が入射し出射する両端面の間の両端部を除いた中央部のみに形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電気光学変調素子。
【請求項４】
結合電界により複屈折率が変化する電気光学結晶（１）と、この電気光学結晶に対して電界を結合させるために該電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極（７ａ，７ｂ；７ａａ，７ｂｂ）とを有し、この一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた前記複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子であって、
前記電気光学結晶（１）は、前記入射する光の方向と平行な一対の側面のそれぞれに、前記方向と平行な溝（３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ）を有することにより、両溝により挟まれた薄い結晶部分が前記電界が結合する部分として構成され、
前記一対の電極（７ａ，７ｂ；７ａａ，７ｂｂ）は、前記両溝（３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ）の底部に所定の厚さで形成され、
少なくとも、前記両溝（３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ）の、前記一対の電極部分以外の残りの部分は、誘電体（９ａ，９ｂ；９ａａ，９ｂａ；１０；１０ａ，１０ｂ）で満たされていることを特徴とする電気光学変調素子。
【請求項５】
前記両溝（３ａ，３ｂ）は、前記一対の側面において、前記光が入射し出射する両端面（１ｃ、１ｄ）に渡って形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の電気光学変調素子。
【請求項６】
前記両溝（４ａ，４ｂ）は、前記一対の側面において、前記光が入射し出射する両端面（１ｃ、１ｄ）の間の両端部を除いた中央部のみに形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の電気光学変調素子。
【請求項７】
前記両溝（３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ）の、前記一対の電極（７ａ，７ｂ；７ａａ，７ｂｂ）部分以外の残りの部分は、誘電体（１０）で満たされていると共に、
前記光が入射し出射する両端面以外の部分の全体が更なる誘電体（１０）で覆われていることを特徴とする請求の範囲第４項乃至第６項のいずれか一項に記載の電気光学変調素子。
【請求項８】
前記誘電体（９ａ，９ｂ；９ａａ，９ｂａ；１０；１０ａ，１０ｂ）は、ワックスであることを特徴とする請求の範囲第４項乃至第７項のいずれか一項に記載の電気光学変調素子。
【請求項９】
結合電界により複屈折率が変化する電気光学結晶（１；６１；６１Ａ）と、この電気光学結晶に対して電界を結合させるために該電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極（２５ａ，２５ｂ；２９ａ，２９ｂ；６４ａ，６４ｂ）とを有し、この一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた前記複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子であって、
ベース部（６３）と、
前記ベース部（６３）の一側面上で突出し前記入射する光の方向に延設され、少なくともその一部が前記電気光学結晶で構成されると共に、その幅が所定値以下であるリッジ状のリッジ部（２１；２１ａ；６４）と、を備え、
前記一対の電極（２５ａ，２５ｂ；２９ａ，２９ｂ；６４ａ，６４ｂ）は、前記リッジ部（２１；２１ａ；６４）の幅方向で対向する一対の側面上に形成されることを特徴とする電気光学変調素子。
【請求項１０】
前記リッジ部（２１；６４）は、前記光の入射する方向から見て、前記ベース部の前記一側面上の略中央に形成されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１１】
前記リッジ部（２１ａ）は、前記光の入射する方向から見て、前記ベース部の前記一側面上の端に形成されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１２】
全体を覆う誘電体（１０）を更に有することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１３】
前記リッジ部（２１；２１ａ；６４）を覆う誘電体（１０）を更に有することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１４】
前記リッジ部（２１；２１ａ；６４）の上面と、その上面と面一になっている前記一対の電極（２５ａ，２５ｂ；２９ａ，２９ｂ；６４ａ，６４ｂ）の側面とを覆う誘電体（１０）を更に有することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１５】
前記誘電体（１０）は、ワックスであることを特徴とする請求の範囲第１２項乃至第１４項のいずれか一項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１６】
前記リッジ部（６４）の、前記一対の電極（６４ａ，６４ｂ）が形成される前記一対の側面以外の一対の側面のうちの前記ベース側の側面の少なくとも近傍に、前記電気光学結晶の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率媒質（６２）を備えていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１７】
前記リッジ部（６４）が前記電気光学結晶（６１）で構成され、前記ベース部（６３）が前記低屈折率媒質（６２）で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１８】
前記リッジ部（６４）と前記ベース部（６３）の上部とが前記電気光学結晶（６１）で構成され、前記ベース部（６３）の残りの下部が前記低屈折率媒質（６２）で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の電気光学変調素子。
【請求項１９】
前記ベース部（６３）と前記リッジ部（６４）の下部とが前記低屈折率媒質（６２）で構成され、前記リッジ部（６４）の残りの上部が前記電気光学結晶（６１）で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の電気光学変調素子。
【請求項２０】
前記低屈折率媒質（６２）は、前記電気光学結晶（６１）とは同種類元素で構成されるもののその組成比の違いに基づく屈折率の低い電気光学結晶であることを特徴とする請求の範囲第１７項乃至第１９項のいずれか一項に記載の電気光学変調素子。
【請求項２１】
前記リッジ部（６４）が前記電気光学結晶（６１）で構成され、前記ベース部（６３）の上部が接着剤（６２ａ）で構成され、前記ベース部（６３）の残りの下部が基板（６６）で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の電気光学変調素子。
【請求項２２】
前記リッジ部（６４）と前記ベース部（６３）の上部とが前記電気光学結晶（６１）で構成され、前記ベース部（６３）の前記電気光学結晶の下部が接着剤（６２ａ）で構成され、前記ベース部（６３）の残りの下部が基板（６６）で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の電気光学変調素子。
【請求項２３】
前記ベース部（６３）が基板（６６）で構成され、前記リッジ部（６４）の下部が接着剤（６２ａ）で構成され、前記リッジ部（６４）の残りの上部が前記電気光学結晶（６１）で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の電気光学変調素子。
【請求項２４】
前記低屈折率媒質（６２）は、前記ベース部（６３）の上部に設けられた空洞（８１ａ，８９）内の気体又は真空状態であることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の電気光学変調素子。
【請求項２５】
前記リッジ部（６４）は前記電気光学結晶（７３ａ）で構成され、前記ベース部（６３）は周期構造を有するフォトニック結晶（７５）で構成されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電気光学変調素子。
【請求項２６】
結合電界により複屈折率が変化する電気光学結晶（３１）と、この電気光学結晶に対して電界を結合させるために該電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極（３３，３５）とを有し、この一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた前記複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子であって、
前記光が入射し出射する両端面上を除いて、前記電気光学結晶（３１）と前記一対の電極（３３，３５）とを相対的に固定するように塗布される誘電体（３７）を更に備えることを特徴とする電気光学変調素子。
【請求項２７】
前記誘電体（３７）は、粘性を有しかつ時間経過と共に固まる性質をもつ物質であることを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の電気光学変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、結合電界により複屈折率が変化する電気光学（Ｅｌｅｃｔｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＥＯ）結晶と、該電気光学結晶に対して電界を結合させるために電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極とを有し、この一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子に関し、特に、強度を損なうことなく、また大型化することなく、向上した変調効率や感度を有すると共に平坦な周波数特性を有する電気光学変調素子に関する。
【背景技術】  電気光学結晶を用いた電気光学変調素子は、電極間に生じさせる電界の大きさに応じて結晶を通過する光の位相を変調させる電気光学変調器としてや、逆に結晶を通過する光の位相変化を検出することにより電極間の電界又は電気信号を検出する電界センサとして使用される。
例えば、電界センサにおいては、交流の電界が印加されている電気光学結晶に光ビームを入射させ、電気光学結晶から出射された光を偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｌｉｚｉｎｇ−Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：以下、ＰＢＳという）によりＳ偏光とＰ偏光とに分離し、２つの光検出器（Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ：以下、ＰＤという）によってそれぞれの偏光を独立に検出する。そして、各偏光の強度の差をＰＤと差動アンプで検出する。
図１は、従来の電界センサの動作説明図である。
光源１０１から出射した光ビーム１０３は位相補償板１０５と電気光学結晶１０７を透過後、ＰＢＳ１０９に入射する。光ビーム１０３の偏光状態は、ＰＢＳ１０９に入射する直前において円偏光になるように、位相補償板１０５によって調整されている。電気光学結晶１０７には、信号電極１１１及びグラウンド電極１１３を介して被測定信号１１５に応じた電界が印加される。光ビーム１０３は電界に応じて電気光学結晶１０７内にて偏光変調を受ける。偏光変調光はＰＢＳ１０９でＳ及びＰ偏光成分に分離される。このとき、各偏光成分は強度変調光に変換されている。強度変調されたＳ及びＰ偏光成分は互いに逆相に変化する。したがって、ＰＤ１１７及び１１９で受光し、差動アンプ１２１を用いて差動信号検出することによって、よりＳＮ比の高い出力信号１２２を得ることが可能となる（例えば、特開２００３−９８２０５号公報、特開２００３−９８２０４号公報、特開２０００−１７１４８８号公報参照）。
また、電気光学結晶を用いた電気光学変調素子は、生体を信号経路としたウェアラブルコンピュータ間の通信に応用し始められている。つまり、生体を経由して通信相手のウェアラブルコンピュータの受信器に電界を誘起し、その電界を電気光学的手法により検出することにより、ウェアラブルコンピュータのグラウンドと大地グラウンドの位置関係に極力依存しない通信、即ち生体上の任意の位置にあるウェアラブルコンピュータとの通信が確実に実現できる。
図２Ａ乃至２Ｃは、電気光学結晶を用いて電気光学変調素子を制作する過程を説明するための図である。
電気光学結晶及び一対の電極からなる電気光学変調素子は、図２Ａに示すような原材料の電気光学結晶１０７ａを薄く加工して、図２Ｂに示すような薄い電気光学結晶１０７を形成し、この薄く加工された電気光学結晶１０７の対向する一対の側面に一対の電極１１１、１１３を形成して構成される。尚、このような薄く加工した場合の電気光学結晶１０１ａの厚さｄは、約０．１ｍｍ程度である。
ところで、生体を伝送路として用いた通信としては、いくつかの態様が考えられるが、代表的な態様としては、設置型端末と携帯端末の間の通信と、携帯端末同士間の通信との２つが考えられる。
設置型端末と携帯端末の間の通信においては、設置型端末がアースグラウンドに接地されているので、比較的安定な状態で通信を行うことができる。それに対して、携帯端末同士間の通信の通信においては、どちらの端末も接地されておらず、極めて不安定な状態で通信が行われる。また、バッテリ駆動が一般的であり、低消費電力が要求される。故に、このような状態で通信を成立させるために受信器に要求される条件は、高感度であることと、感度の周波数特性が平坦であること、である。
ここで、感度について先ず検討してみると、電気光学変調素子によって、光に与えられる位相変化Δφは、次式で与えられる。
Δφ＝α・（Ｖ／ｄ）・Ｌ
ここで、αは電気光学結晶の種類や素子の構造によって決まる定数、Ｖは電極に印加される電圧、ｄは電極間距離、Ｌは電気光学変調素子の長さである。この式が示すように、ｄが小さくＬが大きいほど、光に対して大きな位相変化を与えられる。即ち、電気光学変調器としては変調効率が高くなり、電界センサとしては感度が向上する。
ここで、一対の電極間の距離を極力短くするためには電気光学結晶を薄く加工することが必要であるが、従来においては、ミリメータオーダー以下の薄型結晶を用いた素子を作成するのは極めて困難であると共に、電気光学結晶が壊れ易くなるという問題があった。
また、電気光学結晶の光が入射する端面には無反射コーティングを施すことが望ましいが、電気光学結晶を薄くすると、無反射コーティングを施すことが困難になるという問題があった。
別の観点から、電界センサとして感度を向上させるためには、前述のように光が通過する方向の電気光学結晶の長さを長くしてやればよいのであるが、電気光学結晶を薄くした分だけ強度を増すために電気光学変調素子を特定の構造とした場合には、光が電気光学結晶の端面から出射せず、光の回折により上記長さが長ければ長いほど側面方向に光が漏れる現象がおき、変調効率が低くなったり感度が低下したりする。
また、第２の要求の周波数特性の平坦性については、以下のことが問題となっている。即ち、電界を印加された電気光学結晶では、電子雲と結晶格子が変形することにより、光に対する結晶の複屈折率が変化する。電子雲の変形の程度は、印加された電界の周波数には依存しないが、結晶格子の変形の程度は周波数に依存する。従って、電気光学結晶の感度の周波数特性は、ｋＨｚ〜ＭＨｚオーダーの帯域において、一般には平坦にならない。電気光学結晶の周波数特性が平坦にならないのは、具体的には、結晶のサイズや形状に依存して弾性振動の固有モードが生じることに起因する。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、変調効率や感度を向上し得る電気光学変調素子を提供することを目的とする。
特に、一対の電極間隔を狭くした場合にも、素子の強度を損なうことなく、かつ回折による光の漏れが生じることなく、変調効率や感度を向上し得る電気光学変調素子を提供することを目的とする。
また、特に、より平坦な周波数特性を有する電気光学変調素子を提供することを目的とする。
【発明の開示】
上記目的を達成するため、第１の態様に係る発明は、結合電界により複屈折率が変化する電気光学結晶と、この電気光学結晶に対して電界を結合させるために該電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極とを有し、この一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた前記複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子であって、前記電気光学結晶は、前記入射する光の方向と平行な一対の側面のそれぞれに、前記方向と平行な溝を有することにより、両溝により挟まれた薄い結晶部分が前記電界が結合する部分として構成され、前記一対の電極は、それぞれ前記溝を満たすように形成されていることを要旨とする。
第２の態様に係る発明は、第１の態様に係る発明において、前記両溝は、前記一対の側面において、前記光が入射し出射する両端面に渡って形成されていることを要旨とする。
第３の態様に係る発明は、第１の態様に係る発明において、前記両溝は、前記一対の側面において、前記光が入射し出射する両端面の間の両端部を除いた中央部のみに形成されていることを要旨とする。
また、上記目的を達成するため、第４の態様に係る発明は、結合電界により複屈折率が変化する電気光学結晶と、この電気光学結晶に対して電界を結合させるために該電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極とを有し、この一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた前記複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子であって、前記電気光学結晶は、前記入射する光の方向と平行な一対の側面のそれぞれに、前記方向と平行な溝を有することにより、両溝により挟まれた薄い結晶部分が前記電界が結合する部分として構成され、前記一対の電極は、前記両溝の底部に所定の厚さで形成され、少なくとも、前記両溝の、前記一対の電極部分以外の残りの部分は、誘電体で満たされていることを要旨とする。
第５の態様に係る発明は、第４の態様に係る発明において、前記両溝は、前記一対の側面において、前記光が入射し出射する両端面に渡って形成されていることを要旨とする。
第６の態様に係る発明は、第４の態様に係る発明において、前記両溝は、前記一対の側面において、前記光が入射し出射する両端面の間の両端部を除いた中央部のみに形成されていることを要旨とする。
第７の態様に係る発明は、第４の態様乃至第６の態様に係る発明において、前記両溝の、前記一対の電極部分以外の残りの部分は、誘電体で満たされていると共に、前記光が入射し出射する両端面以外の部分の全体が更なる誘電体で覆われていることを要旨とする。
第８の態様に係る発明は、第４の態様乃至第７の態様に係る発明において、前記誘電体は、ワックスであることを要旨とする。
また、上記目的を達成するため、第９の態様に係る発明は、結合電界により複屈折率が変化する電気光学結晶と、この電気光学結晶に対して電界を結合させるために該電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極とを有しこの一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた前記複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子であって、ベース部と、前記ベース部の一側面上で突出し前記入射する光の方向に延設され、少なくともその一部が前記電気光学結晶で構成されると共に、その幅が所定値以下であるリッジ状のリッジ部と、を備え、前記一対の電極は、前記リッジ部の幅方向で対向する一対の側面上に形成されることを要旨とする。
第１０の態様に係る発明は、第９の態様に係る発明において、前記リッジ部は、前記光の入射する方向から見て、前記ベース部の前記一側面上の略中央に形成されていることを要旨とする。
第１１の態様に係る発明は、第９の態様に係る発明において、前記リッジ部は、前記光の入射する方向から見て、前記ベース部の前記一側面上の端に形成されていることを要旨とする。
第１２の態様に係る発明は、第９の態様に係る発明において、全体を覆う誘電体を更に有することを要旨とする。
第１３の態様に係る発明は、第９の態様に係る発明において、前記リッジ部を覆う誘電体を更に有することを要旨とする。
第１４の態様に係る発明は、第９の態様に係る発明において、前記リッジ部の上面と、その上面と面一になっている前記一対の電極の側面とを覆う誘電体を更に有することを要旨とする。
第１５の態様に係る発明は、第１２の態様乃至第１４の態様に係る発明において、前記誘電体は、ワックスであることを要旨とする。
第１６の態様に係る発明は、第９の態様に係る発明において、前記リッジ部の、前記一対の電極が形成される前記一対の側面以外の一対の側面のうちの前記ベース側の側面の少なくとも近傍に、前記電気光学結晶の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率媒質を備えていることを要旨とする。
第１７の態様に係る発明は、第１６の態様に係る発明において、前記リッジ部が前記電気光学結晶で構成され、前記ベース部が前記低屈折率媒質で構成されていることを要旨とする。
第１８の態様に係る発明は、第１６の態様に係る発明において、前記リッジ部と前記ベース部の上部とが前記電気光学結晶で構成され、前記ベース部の残りの下部が前記低屈折率媒質で構成されていることを要旨とする。
第１９の態様に係る発明は、第１６の態様に係る発明において、前記ベース部と前記リッジ部の下部とが前記低屈折率媒質で構成され、前記リッジ部の残りの上部が前記電気光学結晶で構成されていることを要旨とする。
第２０の態様に係る発明は、第１７の態様乃至第１９項の態様に係る発明において、前記低屈折率媒質は、前記電気光学結晶とは同種類元素で構成されるもののその組成比の違いに基づく屈折率の低い電気光学結晶であることを要旨とする。
第２１の態様に係る発明は、第１６の態様に係る発明において、前記リッジ部が前記電気光学結晶で構成され、前記ベース部の上部が接着剤で構成され、前記ベース部の残りの下部が基板で構成されていることを要旨とする。
第２２の態様に係る発明は、第１６の態様に係る発明において、前記リッジ部と前記ベース部の上部とが前記電気光学結晶で構成され、前記ベース部の前記電気光学結晶の下部が接着剤で構成され、前記ベース部の残りの下部が基板で構成されていることを要旨とする。
第２３の態様に係る発明は、第１６の態様に係る発明において、前記ベース部が基板で構成され、前記リッジ部の下部が接着剤で構成され、前記リッジ部の残りの上部が前記電気光学結晶で構成されていることを要旨とする。
第２４の態様に係る発明は、第１６の態様に係る発明において、前記低屈折率媒質は、前記ベース部の上部に設けられた空洞内の気体又は真空状態であることを要旨とする。
第２５の態様に係る発明は、第９の態様に係る発明において、前記リッジ部は前記電気光学結晶で構成され、前記ベース部は周期構造を有するフォトニック結晶で構成されていることを要旨とする。
また、上記目的を達成するため、第２６の態様に係る発明は、結合電界により複屈折率が変化する電気光学結晶と、この電気光学結晶に対して電界を結合させるために該電気光学結晶を挟んで配設される一対の電極とを有し、この一対の電極を介して電界が結合されることにより、その電界強度に応じた前記複屈折率の変化に応じて一対の電極間に入射される光の偏光を変化させる電気光学変調素子であって、前記光が入射し出射する両端面上を除いて、前記電気光学結晶と前記一対の電極とを相対的に固定するように塗布される誘電体を更に備えることを要旨とする。
第２７の態様に係る発明は、第２６の態様に係る発明において、前記誘電体は、粘性を有しかつ時間経過と共に固まる性質をもつ物質であることを要旨とする。
【図面の簡単な説明】  図１は、従来の電界センサの動作説明図である。
図２Ａ乃至２Ｃは、電気光学結晶を用いて電気光学変調素子を制作する過程を説明するための図である。
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の一実施形態に係わる電気光学変調素子を示す部分透視斜視図及び断面図である。
図４Ａ乃至４Ｄは、図３Ａに示すように構成される電気光学変調素子の製造工程を示す図である。
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の他の実施形態に係わる電気光学変調素子を示す部分透視斜視図及び断面図である。
図６Ａ乃至６Ｄは、図５Ａに示すように構成される電気光学変調素子の製造工程を示す図である。
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の他の実施形態に係わる電気光学変調素子を示す部分透視斜視図及び断面図である。
図８Ａ乃至８Ｄは、図７Ａに示すように構成される電気光学変調素子の製造工程を示す図である。
図９Ａ乃至９Ｃは、図７Ａ及び７Ｂに示した実施形態の電気光学変調素子の構造の、図７Ｂに対して直角方向から見た縦断面図、及び他の隅部の構造を示す縦断面図である。
図１０Ａ乃至１０Ｄは、本発明の他の実施形態に係わる電気光学変調素子の製造工程を示す断面図である。
図１１は、図１０Ｄに示す電気光学変調素子において電気光学結晶上に残った不要な金属からなる電極を除去した図である。
図１２Ａ乃至１２Ｄは、本発明の他の実施形態に係わる電気光学変調素子の製造工程を示す断面図である。
図１３は、リッジ型の実施形態の電気光学変調素子の光の入射面を示す図である。
図１４Ａ及び１４Ｂは、フォトニック結晶を採用したリッジ型の電気光学変調素子を説明するための図である。
図１５は、リッジ型の他の実施形態の電気光学変調素子の光の入射面を示す図である。
図１６は、リッジ型の他の実施形態の電気光学変調素子の光の入射面を示す図である。
図１７Ａ及び１７Ｂは、リッジ型の他の実施形態の電気光学変調素子の光の入射面を示す図である。
図１８Ａ乃至１８Ｅは、台座に縦置きにされた電気光学結晶に対するワックス塗布の態様を示す図である。
図１９は、電気光学結晶にワックスを塗布しない場合と、電気光学結晶の上面にワックスを塗布した場合と、電気光学結晶の上面から両方の電極へ、更に台座へワックスを塗布した場合の、電界センサの出力特性の違いを示す図である。
図２０Ａ乃至２０Ｅは、台座に横置きにされた電気光学結晶に対するワックス塗布の態様を示す図である。
図２１Ａ及び２１Ｂは、いわゆるＨ型の電気光学変調素子にワックスを塗布する態様を示す図である。
図２２Ａ乃至２２Ｃは、いわゆるリッジ型の電気光学変調素子にワックスを塗布する態様を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の一実施形態に係わる電気光学変調素子をそれぞれ示す部分透視斜視図及び断面図である。
図３Ａ及び３Ｂに示す実施形態の電気光学変調素子は側面１ａとそれに対向する側面１ｂのそれぞれの長手方向に端面１ｃから端面１ｄに渡って掘られて形成されている一対の溝部を有する電気光学結晶１と、その一対の溝部に埋設されている金属からなる一対の電極５ａ，５ｂと、で構成されている。尚、図３Ｂに示すように、一対の溝部のそれぞれの断面形状は矩形であり、また、一対の電極５ａ，５ｂは、それぞれの溝部をほぼ完全に埋めている。言い換えれば、図３Ｂに示すように、電気光学結晶１と一対の電極５ａ，５ｂとを併せて、本実施形態の電気光学変調素子の断面形状は矩形である。また、本実施形態の電気光学変調素子は、その電気光学結晶１の断面形状から「Ｈ型」と称されることがある。
尚、一対の電極５ａ、５ｂの間の距離ｄが所定の距離以下になるようにするため、一対の溝部は、互いの底部が近接するように両側面１ａ、１ｂを切削や研磨などで掘り下げるなどして形成されている。このように形成される電気光学変調素子の寸法は、例えば電極５ａ、５ｂ間の距離ｄが０．１ｍｍ以下、長さＬが約２ｃｍ、断面の縦及び横方向の寸法ｔ及びｘがそれぞれ約１ｃｍ以下である。
このように構成される電気光学変調素子では、一対の電極５ａ、５ｂ間の距離ｄを極めて薄く形成したとしても、電極５ａ、５ｂは全体として電気光学結晶１に形成された溝部をほぼ完全に埋めるように形成されていると共に、電極５ａ、５ｂ間の薄い結晶部分は電極５ａ、５ｂと電気光学結晶１とで全体的に覆われるように形成されているため、電気光学結晶１が薄い電極５ａ、５ｂ部分から壊れ易いということがないと共に、電極５ａ、５ｂ間の薄い構造も原材料の電気光学結晶１を両側面１ａ、１ｂから切削や研磨などにより形成されるため、電極５ａ、５ｂ間を極めて薄く、例えば０．１ｍｍ以下に加工することも困難なことではない。
また、図３Ｂに示すように、電極５ａ、５ｂ間の電気光学結晶１の端面からスポットビーム１２３が入射されるが、この入射面を無反射コーティングすることも、電極５ａ、５ｂ間の薄い結晶部分の端面のみでなく、この部分以外の電気光学結晶１の端面、電極５ａ、５ｂの端面などを含む矩形の電気光学変調素子全体の端面１ｃとして無反射コーティングを施すことにより、無反射コーティングを極めて容易かつ確実に行うことが可能である。
また、電極５ａ、５ｂ、及び電極５ａ、５ｂ間の薄い結晶部分は、電気光学結晶全体で固定されていることになるので、薄い結晶部分の歪みが抑えられ、周波数特性が平坦になるという効果もある。尚、このように構成される電気光学変調素子において、電極５ａ、５ｂにより生じる電界ベクトルの方向は、電極５ａ、５ｂの向かい合う面に垂直な方向である。
次に、図３Ａ及び３Ｂに示すように構成される電気光学変調素子の製造方法について図４Ａ乃至４Ｄを参照して説明する。この電気光学変調素子は、例えば図２Ａに示すような矩形の原材料の電気光学結晶１をまず図４Ａに示すように、その両側面１ａ、１ｂから切削や研磨などにより掘り下げて、２個の溝部３ａ、３ｂを形成する。
それから、図４Ｂに示すように、溝部３ａ、３ｂ内に符号５ａａ、５ｂａで示すように銀ペーストなどの金属を薄く塗って、薄い電極５ａａ、５ｂａを形成する。次に、図４Ｃに示すように、電極５ａａ、５ｂａのそれぞれに電圧を印加するためのリード線５３を接着する。
これにより電気光学変調素子は形成されるが、この例では、電極５ａａ、５ｂａは薄い構造のものとなっているが、図３Ａに示すような電気光学変調素子にして強度を増大するためには、図４Ｄに示すように、銀ペーストからなる電極５ａａ、５ｂａの上に更に銀ペーストを塗って、隙間を埋め、これにより図３Ａに示すものと同じ厚さの電極５ａ、５ｂを有する電気光学変調素子が完成する。
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の他の実施形態に係わる電気光学変調素子をそれぞれ示す部分透視斜視図及び断面図である。
図５Ａ及び５Ｂに示す実施形態の電気光学変調素子は、図３Ａ及び３Ｂに示した実施形態の電気光学変調素子において溝部３ａ、３ｂ内に全体的に形成される電極５ａ、５ｂの代わりに、溝部３ａ、３ｂ内の各底部に溝の深さよりも薄い所定の厚さ以下で全面的に薄い電極７ａ、７ｂを形成し、この薄い電極７ａ、７ｂの上に残されている溝部を埋めるように誘電体９ａ、９ｂを形成し、これにより電気光学変調素子全体として一体化するように構成しているものである。
このように構成される電気光学変調素子では、一対の電極７ａ、７ｂ間の距離を極めて薄く形成したとしても、電極７ａ、７ｂは誘電体９ａ、９ｂと共に全体として電気光学結晶１に形成された溝部３ａ、３ｂをほぼ完全に埋めるように形成されていると共に、電極７ａ、７ｂ間の薄い結晶部分は電極７ａ、７ｂ、誘電体９ａ、９ｂ、電気光学結晶１とで全体的に覆われるように形成されているため、電気光学結晶１が薄い電極７ａ、７ｂ部分から壊れ易いということがないと共に、電極７ａ、７ｂ間の溝部３ａ、３ｂ間の薄い結晶構造も原材料の電気光学結晶１を両側面１ａ、１ｂから切削や研磨などで掘り下げるなどして形成されるため、電極７ａ、７ｂ間を極めて薄く、例えば０．１ｍｍ以下に加工することも困難なことではない。
また、図５Ｂに示すように、電極７ａ、７ｂ間の電気光学結晶１の端面からスポットビーム１２３が入射されるが、この入射面を無反射コーティングすることも、電極７ａ、７ｂ間の薄い結晶部分の端面のみでなく、この部分以外の電気光学結晶１の端面、電極７ａ、７ｂの端面、誘電体９ａ、９ｂの端面などを含む矩形の電気光学変調素子全体の端面１ｃとして無反射コーティングを施すことにより、無反射コーティングを極めて容易かつ確実に行うことが可能である。
また、電極７ａ、７ｂ、及び電極７ａ、７ｂ間の薄い結晶部分は、電気光学結晶全体や誘電体９ａ、９ｂで固定されていることになるので、薄い結晶部分の歪みが抑えられ、周波数特性が平坦になるという効果もある。尚、このように構成される電気光学変調素子において、電極７ａ、７ｂにより生じる電界ベクトルの方向は、電極７ａ、７ｂの向かい合う面に垂直な方向である。
次に、図５Ａ及び５Ｂに示すように構成される電気光学変調素子の製造方法について図６Ａ乃至６Ｄを参照して説明する。この電気光学変調素子は、例えば図２Ａに示すような矩形の原材料の電気光学結晶１をまず図６Ａに示すように、その両側面１ａ、１ｂから切削や研磨などにより掘り下げて、２個の溝部３ａ、３ｂを形成する。
それから、図６Ｂに示すように、溝部３ａ、３ｂ内に銀ペーストなどの導電材を薄く塗って、電極７ａ、７ｂを形成する。次に、図６Ｃに示すように、電極７ａ、７ｂのそれぞれに電圧を印加するためのリード線５３を接着する。尚、ここまでの製造工程は図４Ａ乃至４Ｃで示したものと同じである。
次に、図６Ｄに示すように、リード線５３を接着された薄い電極７ａ、７ｂ上の溝部内を誘電体９ａ、９ｂで隙間なく埋める。尚、このように隙間なく埋めるためには、誘電体９ａ、９ｂとして例えば接着材のようなものが適している。
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の他の実施形態に係わる電気光学変調素子を示す部分透視斜視図及び断面図である。
図７Ａ及び７Ｃに示す実施形態の電気光学変調素子は、図５Ａ及び５Ｂに示した実施形態の電気光学変調素子において一対の電極７ａ、７ｂ、この電極７ａ、７ｂ間の薄い電気光学結晶、及び誘電体９ａ、９ｂからなるサンドウィッチ構造を端面１ｃから端面１ｄに渡って形成する代わりに、端面１ｃから端面１ｄの間の端部を除いた中央部のみにかかるサンドウィッチ構造を有するように構成しているものである。言い換えれば、図５Ａ及び５Ｂに示した実施形態の溝部３ａ，３ｂの代わりに、周囲が電気光学結晶で囲まれた凹部４ａ、４ｂが形成され、この凹部４ａ、４ｂ内に上記サンドウィッチ構造が構成されている。その他の構造及び作用は図５Ａ及び５Ｂに示した実施形態と同じである。
このように構成される電気光学変調素子では、一対の電極７ａａ、７ｂａ間の距離を極めて薄く形成したとしても、電極７ａａ、７ｂａは誘電体９ａａ、９ｂａと共に全体として電気光学結晶１に形成された凹部４ａ、４ｂをほぼ完全に埋めるように形成されていると共に、電極７ａａ、７ｂａ間の薄い結晶部分は電極７ａａ、７ｂａ、誘電体９ａａ、９ｂａ、電気光学結晶１とで全体的に覆われるように形成されているため、電気光学結晶１が薄い電極７ａａ、７ｂａ部分から壊れ易いということがないと共に、電極７ａａ、７ｂａ間の凹部４ａ、４ｂ内の薄い結晶構造も原材料の電気光学結晶１を両側面１ａ、１ｂから切削や研磨などで掘り下げるなどして形成されるため、電極７ａａ、７ｂａ間の距離ｄを極めて薄く、例えば０．１ｍｍ以下に加工することも困難なことではない。
また、図７Ｂに示すように、電極７ａａ、７ｂａ間の電気光学結晶１の端面に対してその外側を全体的に覆っている電気光学結晶１の端面からスポットビーム１２３が入射されるが、この入射面を無反射コーティングすることも、電気光学結晶１の端面全体に対して無反射コーティングを施すことになるため、無反射コーティングを極めて容易かつ確実に行うことが可能である。
また、電極７ａａ、７ｂａ、及び電極７ａａ、７ｂａ間の薄い結晶部分は、電気光学結晶全体や誘電体９ａａ、９ｂａで固定されていることになるので、薄い結晶部分の歪みが抑えられ、周波数特性が平坦になるという効果もある。尚、このように構成される電気光学変調素子において、電極７ａａ、７ｂａにより生じる電界ベクトルの方向は、電極７ａａ、５ｂａの向かい合う面に垂直な方向である。
次に、図７Ａ及び７Ｂに示すように構成される電気光学変調素子の製造方法について図８Ａ乃至８Ｄを参照して説明する。この製造方法は、図６Ａ乃至６Ｄで説明した図５Ａ及び５Ｂの電気光学変調素子の製造方法とほぼ同じように、まず矩形の原材料の電気光学結晶をまず図８Ａに示すように、その両側面１ａ、１ｂから切削や研磨などにより掘り下げて、２個の溝状に形成された凹部４ａ、４ｂを形成する。
それから、図８Ｂに示すように、凹部４ａ、４ｂ内に銀ペーストなどの導電材を薄く塗って、電極７ａａ、７ｂａを形成する。次に、図８Ｃに示すように、電極７ａａ、７ｂａに電圧を印加するためのリード線５３を接着する。
次に、図８Ｄに示すように、リード線５３を接着された薄い電極７ａａ、７ｂａ上の凹部内を誘電体９ａａ、９ｂａで隙間なく埋める。尚、このように隙間なく埋めるためには、誘電体９ａａ、９ｂａとして例えば接着材のようなものが適している。上述したように、図７Ａ及び７Ｂの電気光学変調素子は、溝が凹部であることを除いて、図５Ａ及び５Ｂの電気光学変調素子と同じ製造方法で製造することができるが、電気光学結晶に形成される凹部４ａ、４ｂは、その各辺が直角である必要はなく、次に説明する図９Ｂ及び９Ｃのように傾斜したり、湾曲していてもよい。
図９Ａは、図７Ａ及び７Ｂに示した実施形態の電気光学変調素子の構造の、図７Ｂに対して直角方向から見た縦断面図である。同図に示すように、一対の電極７ａａ、７ｂａ、誘電体９ａａ、９ｂａが埋め込まれている凹部４ａ、４ｂの底部のすべての隅部１１は、ほぼ直角に形成されている。
これに対して、図９Ｂ及び９Ｃは、他の隅部の構造を示す縦断面図であるが、図９Ｂの場合は、凹部４ａａ、４ｂａの底部のすべての隅部は直角よりも大きな鈍角に傾斜して形成され、図９Ｃの場合は、凹部４ａｂ、４ｂｂの底部のすべての隅部は角張らずに丸く、湾曲して形成されている。尚、これらの場合でも、凹部を導電材のみで埋めて電極とする構成としてもよい。
尚、上記各実施形態では両側面に溝を設けた場合について説明したが、一側の面だけでも良いのはいうまでもない。
図１０Ａ乃至１０Ｄは、本発明の他の実施形態に係わる電気光学変調素子の製造工程を示す断面図である。
図１０Ａ乃至１０Ｄに示す実施形態の電気光学変調素子は、最終的には図１０Ｄに示すように、電気光学結晶１の上面に例えば０．１ｍｍ以下のような所定の幅ｄ以下で突出して形成されたリッジ部２１と、このリッジ部２１の幅方向で対向する一対の側面に形成される一対の電極２５ａ、２５ｂとから構成される。
このような構造の電気光学変調素子を製造するには、まず図１０Ａに示すような原材料の電気光学結晶１に対して、図１０Ｂに示すように、電気光学結晶１の上面を切削又は研磨などして、例えば０．１ｍｍ以下のような所定の幅ｄ以下のリッジ部２１を形成するように電気光学結晶を加工する。
それから、図１０Ｃに示すように、リッジ部２１の形成されている電気光学結晶１の上面に対してリッジ部２１を含んで金属２３を蒸着又は塗布する。次に、図１０Ｄに示すように、リッジ部２１上に蒸着された金属２３のみ研磨などで除去し、これによりリッジ部２１の両側面に残された金属で一対の電極２５ａ、２５ｂを形成する。
このように構成される電気光学変調素子では、一対の電極２５ａ、２５ｂ間の距離を極めて薄く形成したとしても、電極２５ａ、２５ｂは全体として大きな電気光学結晶１上に突出した部分に形成されているため、電極２５ａ、２５ｂ間の電気光学結晶が壊れ易いということがないと共に、電気光学結晶１の上面を加工及び金属蒸着して形成しているため、リッジ部２１である電極２５ａ、２５ｂ間の部分の距離ｄを極めて薄く、例えば０．１ｍｍ以下に加工することも困難なことではない。
また、図１０Ｄに示すように、電極２５ａ、２５ｂ間の電気光学結晶１の端面からスポットビーム１２３が入射されるが、この入射面を無反射コーティングすることも、電極２５ａ、２５ｂ間の薄い結晶部分の端面のみでなく、この部分の下側に一体的に形成されている電気光学結晶１の端面を含む電気光学変調素子全体の端面に対して全体的に無反射コーティングを施すことにより、無反射コーティングを極めて容易かつ確実に行うことが可能である。尚、このように構成される電気光学変調素子において、電極２５ａ、２５ｂにより生じる電界ベクトルの方向は、電極２５ａ、２５ｂの向かい合う面に垂直な方向である。
尚、図１０Ｄに示すように、リッジ部２１上に蒸着された金属２３のみを研磨などで除去し、リッジ部２１の両側面に残された金属で一対の電極２５ａ、２５ｂを形成した場合に、リッジ部２３を挟んで対向する側面以外に電気光学結晶１の上面にも金属２３が残り、この部分も電極として作用するが、この部分の電極間に発生する不要な電界は極めて少なく、大多数はリッジ部２１の対向する電極２５ａ、２５ｂ間に発生する。
しかしながら、上記金属の残った部分に形成される電極間に発生する僅かであるか不要な電界を除去するために、例えば図１１に示すように、この部分の金属を除去すれば、このような不要な電界の発生を回避することができる。一方、その部分の金属を敢えて除去しなければ、逆に機械的強度が増すという利点がある。
図１２Ａ乃至１２Ｄは、本発明の他の実施形態に係わる電気光学変調素子の製造工程を示す断面図である。
図１２Ａ乃至１２Ｄに示す実施形態の電気光学変調素子は、最終的には図１２Ｄに示すように、電気光学結晶１の上面の一端に例えば０．１ｍｍ以下のような所定の幅ｄ以下で突出して形成されたリッジ部２１ａと、このリッジ部２１ａの幅方向で対向する一対の側面に形成される一対の電極２９ａ、２９ｂとから構成される。
このような構造の電気光学変調素子を製造するには、まず図１２Ａに示すような原材料の電気光学結晶１に対して、図１２Ｂに示すように、電気光学結晶１の上面を切削又は研磨などして、例えば０．１ｍｍ以下のような所定の幅ｄ以下のリッジ部２１ａを形成するように電気光学結晶を加工する。
それから、図１２Ｃに示すように、リッジ部２１ａの形成されている電気光学結晶１の上面とリッジ部２１ａの形成されている側の側面に対してリッジ部２１ａを含んで金属２７を蒸着する。次に、図１２Ｄに示すように、リッジ部２１ａ上に蒸着された金属２７のみ研磨などで除去し、これによりリッジ部２１ａの両側面に残された金属で一対の電極２９ａ、２９ｂを形成する。
このように構成される電気光学変調素子では、一対の電極２９ａ、２９ｂ間の距離を極めて薄く形成したとしても、図１０Ｄに示された実施形態と同様、電極２９ａ、２９ｂは全体として大きな電気光学結晶１上に突出した部分に形成されているため、電極２９ａ、２９ｂ間の電気光学結晶が壊れ易いということがないと共に、電気光学結晶１の上面を加工及び金属蒸着して形成しているため、リッジ部２１ａにある電極２９ａ、２９ｂ間の部分の距離ｄを極めて薄く、例えば０．１ｍｍ以下に加工することも困難なことではない。
また、図１２Ｄに示すように、電極２５ａ、２５ｂ間の電気光学結晶１の端面からスポットビーム１２３が入射されるが、この入射面を無反射コーティングすることも、電極２９ａ、２９ｂ間の薄い結晶部分の端面のみでなく、この部分の下側に一体的に形成されている電気光学結晶１の端面を含む電気光学変調素子全体の端面に対して全体的に無反射コーティングを施すことにより、無反射コーティングを極めて容易かつ確実に行うことが可能である。尚、このように構成される電気光学変調素子において、電極２９ａ、２９ｂにより生じる電界ベクトルの方向は、電極２９ａ、２９ｂの向かい合う面に垂直な方向である。
尚、図１２Ｄに示すように、リッジ部２１ａ上に蒸着された金属２７のみを研磨などで除去し、リッジ部２１ａの部分の両側面に残された金属で一対の電極２９ａ、２９ｂを形成した場合に、電気光学結晶１の上面と、リッジ部２１ａを挟んで対向する側面以外の側面にも金属２７が残り、この部分も電極として作用するが、この部分の電極間に発生する不要な電界は極めて少なく、大多数はリッジ部２１ａの対向する電極２９ａ、２９ｂ間に発生する。
この場合も、電気光学結晶１の上面と、リッジ部２１ａを挟んで対向する側面以外の側面の金属を除去すれば、図１１に示す場合と同様、不要な電界の発生を回避することができる。
ところで、図１０Ｄ、図１１及び図１２Ｄに示した形態において、長さＬを大きくして大きな位相変調度及び電界感度を得ようとした場合には、光の回折効果がその妨げになる。つまり、Ｌが小さい場合には、光が回折しても、電気光学結晶の端面から出射するので光の損失はないが、Ｌを大きくした場合には、回折した光がリッジ部２１（２１ａ）から外れる方向に進行する。
図１０Ｄ、図１１及び図１２Ｄに示した電界光学変調素子において、リッジ部２１（２１ａ）上面は空気に接しており、また両側面は電極に接しているので、これらの面では反射が起こり、よって光が漏れることはない。
しかし、リッジ部２１（２１ａ）の下方はリッジ部２１（２１ａ）と同じく電気光学結晶１で構成されているのでリッジ部２１（２１ａ）からの光の漏れが生じる。そのため、電気光学結晶の長さを長くする場合には、長さ相当の大きな位相変調度及び電界感度を得ることができない。
以下、図１０Ｄ、図１１及び図１２Ｄに示したような電界光学変調素子において電気光学結晶の長さを長くする場合にも、長さ相当の大きな位相変調度及び電界感度を得る実施形態を説明する。
図１３は、リッジ型の実施形態に係る電気光学変調素子の光の入射面を示す図である。
この実施形態の電気光学変調素子は、電界の結合で複屈折率が変化する電気光学結晶６１と、電気光学結晶６１の屈折率より小さい屈折率を有する低屈折率媒質６２とを備える。低屈折率媒質６２の屈折率は電気光学結晶６１の屈折率に比べて、約１０％以上低い値であることが望ましい。例えば、電気光学結晶６１の屈折率が３である場合には、低屈折率媒質６２の屈折率を２．７以下にすればよい。また一般に、電気光学結晶６１と低屈折率媒質６２の屈折率差は大きいほど好ましい。電気光学結晶６１は、例えば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＩｎＰ（インジウムリン）やＣｄＴｅ（カドミウムテルル）やＺｎＴｅ（ジンクテルル）などで構成される。
また、この実施形態の電気光学変調素子は、ベース部６３と、ベース部６３の上面６３ａに少なくとも電気光学結晶６１を含んで細く（例えば、厚さｄ＝０．１ｍｍ程度に）形成され且つ上面６１ａを外気（例えば空気）に露出させたリッジ部６４と、リッジ部６４の対向する各側面６４ａ，６４ｂからベース部６３の上面６３ａに渡って設けられた、横断面がＬ字状の電極６５ａ，６５ｂとを備えている。そして、上面６１ａの上方の外気と低屈折率媒質６２とが電気光学結晶６１を挟む構成となっている。
この実施形態の電気光学変調素子では、各側面６４ａ，６４ｂからベース部６３の上面６３ａに渡ってＬ字状の電極６５ａ，６５ｂを設けたので、電極６５ａ，６５ｂをそれぞれ側面６４ａ，６４ｂに設けた場合よりも機械的強度が向上する。例えば、ベース部６３とリッジ部６４が分離してしまったり、リッジ部６４の一部が損壊する可能性を低減できる。
また、この実施形態の電気光学変調素子では、電気光学結晶６１のビームスポットＢＳから入射した光は、例えば、上方（正のｙ方向）に回折した場合には、上面６１ａの上方の外気に反射して電気光学結晶６１内に戻される。また、光は、例えば、下方（負のｙ方向）に回折した場合には、低屈折率媒質６２に反射して電気光学結晶６１内に戻される。電極６５ａや６５ｂにおいても、同様に反射が起きる。すなわち、この実施形態の電気光学変調素子には光導波路が構成されていることになる。このとき、電気光学結晶６１は、光導波路のコアに相当し、低屈折率媒質６２は、光導波路のクラッドに相当する。このように、この実施形態の電気光学変調素子では、光を電気光学結晶６１内に閉じこめることができる。したがって、電気光学結晶６１のｚ方向の長さを長くした場合であっても、回折した光が漏れるのを防止できるので、大きな位相変調度及び電界感度を得ることができる。
特に、図１３の左側に示した例では、ベース部６３を低屈折率媒質６２で構成し、リッジ部６４を電気光学結晶６１で構成したことで、後述する中央の例や右側の例よりも、構造を単純にすることができ、よって電気光学変調素子の製造が容易になる。例えば、ベース部６３とリッジ部６４とを別々に製造したあとで結合することが容易に行える。後述する中央の例のように、低屈折率媒質６２に突出部が形成されておらず、ベース部６３とリッジ部６４の損壊の可能性を低くできる。
また、図１３の中央に示した例では、リッジ部６４の下部を低屈折率媒質６２で構成している。低屈折率媒質６２の屈折率が電気光学結晶６１の屈折率に比べてそれほど小さくない場合には、低屈折率媒質６２への光の染み出しが比較的大きくなる。この例では、この染み出した光に対しても電界が結合されるので、リッジ部６４の下部を構成する低屈折率媒質６２が電気光学効果を有する場合には、検出感度を高めることができる。また、この例では、染み出した光に対して電極６５ａ、６５ｂが正対していない左側の例や右側の例で起きるような感度の低下がない。
また、図１３の右側に示した例では、ベース部６３の上部を電気光学結晶６１で構成したことで、電気光学結晶６１が大きくなる。特に、上方からの投影面積が大きくなる。これにより、左側の例や中央の例の場合よりも電気光学変調素子の機械強度を高めることができる。感度の向上のためにリッジ部６４はできるだけ細く形成されるが、この右側の例ではリッジ部６４を構成する電気光学結晶６１が全体として大きくなることで、リッジ部６４の取り扱いが容易になるので、例えば、電気光学結晶６１の端面に無反射コーティングを施す作業が容易に行える。
尚、上記実施形態の低屈折率媒質６２に代えて、周期構造を有するフォトニック結晶を用いることも可能である。フォトニック結晶とは光の波長オーダーの周期構造を有する材料の総称であり、周期構造を有する領域には光を進入させない性質がある。
図１４Ａに示すように、フォトニック結晶７１からなる媒質を用いるときは、周期構造の無い領域と周期構造を有する領域とからなる電気光学結晶を切削加工することにより、周期構造の無い領域からなるリッジ部７１ａと周期構造の有る領域からなるベース部７１ｂとからなる電気光学変調素子を構成することができる。
また、図１４Ｂに示すように、電気光学結晶７３と周期構造を有するフォトニック結晶７５とを接着剤７７で接着した後に前者の方を切削することで電気光学変調素子を構成してもよい。
図１５は、リッジ型の他の実施形態の電気光学変調素子の光の入射面を示す図である。
この実施形態の電気光学変調素子は、前述の実施形態の低屈折率媒質を構成する元素の種類と電気光学結晶を構成する元素の種類を同じとし、元素の組成比の違いにより屈折率が異なるようにしたものである。その他の構成、各例による違い及び作用効果は、前述の実施形態の電気光学変調素子のものと変わらないので説明を省略する。
この実施形態の電気光学変調素子では、低屈折率媒質を構成する元素の種類と電気光学結晶を構成する元素の種類を同じとしたので、結晶成長プロセスで低屈折率媒質を形成した後で元素の組成比を変えるだけで、電気光学結晶を連続的に形成することができる。これにより、高屈折率層と低屈折率層とからなる一体的な電気光学結晶６１Ａが得られる。また、電気光学結晶と低屈折率媒質を別々に製造して結合する場合よりも製造が容易となる。また、低屈折率媒質や電気光学結晶の厚さの調整が容易に行える。また、低屈折率媒質と電気光学結晶との境界面を理想的な平面に近づけることができるので、この境界面に凹凸が多い場合に比べて光の漏れを少なくできる。
図１６は、リッジ型の他の実施形態の電気光学変調素子の光の入射面を示す図である。
この実施形態の電気光学変調素子は、電気光学結晶６１と該電気光学結晶６１の屈折率より小さい屈折率を有する低屈折率媒質として接着剤６２ａとを備える。
また、この実施形態の電気光学変調素子は、ベース部６３と、ベース部６３の上面６３ａに少なくとも電気光学結晶６１を含んで細く形成され且つ上面６１ａを電気光学結晶６１の上面６１ａを外気に露出させたリッジ部６４と、リッジ部６４の対向する各側面６４ａ，６４ｂからベース部６３の上面６３ａに渡って設けられたＬ字状の電極６５ａ，６５ｂとを備えている。また、上面６１ａの上方の外気と接着剤６２ａとが電気光学結晶６１を挟む構成となっている。
尚、この実施形態の電気光学変調素子においても、各側面６４ａ，６４ｂからベース部６３の上面６３ａに渡ってＬ字状の電極６５ａ，６５ｂを設けたので、電極６５ａ，６５ｂをそれぞれ側面６４ａ，６４ｂにだけ設けた場合よりも、機械的強度が向上する。
また、この実施形態の電気光学変調素子においても、光導波路が構成されていることになるので、光を電気光学結晶６１内に閉じこめることができる。したがって、電気光学結晶６１の長さを長くすることにより、長さに相当する大きな位相変調度及び電界感度を得ることが可能となる。
また、接着剤６２ａによって、基板６６ａと電気光学結晶６１を容易に結合することができる。
図１６の左側に示した例では、ベース部６３を基板６６と上部の接着剤６２ａとで構成し、リッジ部６４を電気光学結晶６１で構成したことで、電極６５ａ，６５ｂとの接触面積が広くなり、よって電極６５ａ，６５ｂを強固に固定できる。また、電極６５ａ，６５ｂの固定に他の接着剤を用いる必要がなくなる。
また、図１６の中央に示した例では、ベース部６３を基板６６で構成し、リッジ部６４の下部を接着剤６２ａで構成したことで、他の実施形態における中央に示した例と同様の作用効果が得られる。
また、図１６の右側に示した例では、ベース部６３を基板６６とその上部の接着剤６２ａと更にその上部の電気光学結晶６１で構成し、リッジ部６４を電気光学結晶６１で構成したことで、他の実施形態における右側に示した例と同様の作用効果が得られる。
尚、上記各実施形態では、電気光学結晶６１における光の経路に沿った面の１つである下面に低屈折率媒質６２や接着剤６２ａを設けると共に上面６１ａを外気に露出させたが、上面６１ａにも低屈折率媒質を設けることにより、低屈折率媒質同士で電気光学結晶６１を挟み込む構成としてもよい。
図１７Ａ及び１７Ｂは、リッジ型の他の実施形態に係る電気光学変調素子の製造方法を示す図である。
この実施形態では、例えば、１７Ａに示すように、結晶成長プロセスで形成された、空洞８１ａを有する電気光学結晶８１を切削することにより、リッジ部８１ｂの下に空洞８１ａを持つ電気光学変調素子を構成することができる。
また、図１７Ｂに示すように、予めリッジ部を形成した電気光学結晶８３と上部に窪みを形成したベース部８５とを接着剤８７で接着することにより、リッジ部の下に空洞８９を持つ電気光学変調素子を構成することができる。
これらの空洞８１ａ，８９には、電気光学結晶の屈折率よりも低い屈折率を有する気体として、例えば、空気又はガスを封入することができる。また、これら空洞８１ａ，８９に外気が流入出できるようにすることができる。また、これら空洞８１ａ，８９を真空にすることができる。
尚、上述の実施形態では、図１０Ｄの場合を前提としたものを挙げたが、勿論図１１の場合でも適用できるし、更に、図１２Ｄの場合でも同様に適用できる。それぞれ当業者には自明であるので、図面に基づく具体例の説明は省略する。
次に、周波数特性が平坦となる構成に係る電気光学変調素子の実施形態を説明する。
電気光学結晶と、その電気光学結晶を挟む一対の電極と、で構成された電気光学変調素子において、電気光学結晶は主に電極面に垂直な方向に歪み、それにより周波数平坦性が得られない。従って、以下、ワックス等により電気光学結晶の歪みを軽減する幾つかの実施形態を説明する。
図１８Ａ乃至１８Ｅは、台座１９に縦置きにされた電気光学結晶に対するワックス塗布の態様を示す図である。
図１８Ａは、電気光学結晶３１の上面から両方の電極３３，３５へワックス３７を盛り、更に台座１９へも盛るようにワックス３７を塗布した場合を示す。この態様によれば、確実に電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。また、図１８Ｂは、電気光学結晶３１の上面から一方の電極３３へワックス３７を盛り、更に台座１９へも盛るようにワックス３７を塗布した場合を示す。この場合にも比較的確実に電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。無論、電極３５側に盛ってもよい。また、図１８Ｃは、両方の電極３３，３５から台座１９へ盛るようにワックス３７を塗布した場合を示す。このように、電極３３，３５をワックス３７により台座１９に固定することにより、相対的に電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。図１８Ｄは、電気光学結晶３１の上面にワックス３７を盛るように塗布した場合を示す。このように電気光学結晶３１に対して電極３３，３５を固定すれば、電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。図１８Ｅは、電気光学結晶３１の上面から両電極３３，３５の上端部にかけてワックス３７を盛るように塗布した場合を示す。この場合も図１８Ｄの場合と同様、電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。尚、ビームスポットＢＳ又はビームスポットの面にはワックスを塗布しない。これは、光ビームがワックスにより屈折するのを防止するためである。
尚、上記各態様のいずれを選択するかは、周波数平坦性の度合いと電気光学効果の度合いとのトレードオフの観点に基づく。即ち、例えば、図１８Ａに示した態様では、電気光学結晶３１の歪みは確実に抑えられるが、電気光学効果は若干落ちるという欠点がある。一方、図１８Ｄに示した態様では、電気光学結晶３１の歪みは、図１８Ａに示した態様と比べるとさほど抑えられないが、電気光学効果はそれほど落ちることはない。
図１９は、電気光学結晶にワックスを塗布しない場合と、図１８Ｄのように、電気光学結晶３１の上面にワックス３７を盛った場合と、１８Ａのように、電気光学結晶３１の上面から両方の電極３３，３５へ、更に台座１９へワックス３７を盛った場合の、電界センサとしての出力特性の違いを示す図である。
図１の構成を有する電界センサでは、出力信号１２２の振幅電圧（出力振幅電圧）がフラットであることが望ましいが、ある種の電気光学結晶３１を用い、それにワックス３７を塗布しない場合には、５９０ｋＨｚ付近と、６１０ｋＨｚ付近と、７２０ｋＨｚ付近に共振が見られた。ところが、図１８Ｄのように、その電気光学結晶３１の上面にワックス３７を塗布すると、出力振幅電圧を維持しつつ共振を低減できる。更に、図１８Ａのように、電気光学結晶３１の上面と、両方の電極３３，３５にワックス３７を塗布すると、出力振幅電圧が低くなるが、共振を消失させることができる。
図２０Ａ乃至２０Ｅは、台座１９に横置きにされた電気光学結晶に対するワックス塗布の態様を示す図である。
図２０Ａは、電気光学結晶３１の上に配置された電極３３から電気光学結晶３１の両側面にワックス３７を盛り、更に台座１９へも盛るようにワックス３７を塗布した場合を示す。この態様によれば、確実に電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。また、図２０Ｂは、電極３３の上面から電気光学結晶３１の一方の側面へワックス３７を盛り、更に台座１９へも盛るようにワックス３７を塗布した場合を示す。この場合にも比較的確実に電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。無論、電気光学結晶３１の他方の側面に盛ってもよい。また、図２０Ｃは、電気光学結晶３１の両側面から台座１９へ盛るようにワックス３７を塗布した場合を示す。この場合は、電気光学結晶３１を両電極３３，３５に固定でき、更に台座１９にも固定できるので、比較的確実に電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。図２０Ｄは、電極３３の端部から電気光学結晶３１の両側面にワックス３７を盛り、更に電気光学結晶３１の両側面から台座１９へ盛るようにワックス３７を塗布した場合を示す。この場合も図２０Ｃに示す場合と同様である。図２０Ｅは、電気光学結晶３１の両側面にワックス３７を盛るように塗布した場合を示す。電気光学結晶３１をワックス３７により両電極３３，３５に固定するので、電気光学結晶３１の歪みを抑えることができる。尚、ビームスポットＢＳ又はビームスポットＢＳの面にはワックスを塗布しないので、光ビームがワックスにより屈折するのを防止するためである。
尚、上述の図１８Ａ乃至１８Ｅ及び図２０Ａ乃至２０Ｅの説明において、ワックスを塗布することと説明したが、ワックスに限られることなく、他の誘電体であってもより。
図２１Ａ及び２１Ｂは、前述のいわゆるＨ型の電気光学変調素子にワックスを塗布する態様を示す図である。
図２１Ａに示した態様は、図５Ａ及び５Ｂに示したＨ型の電気光学変調素子において誘電体９ａ，９ｂを具体的にワックス１０ａ，１０ｂに置き換えた態様である。即ち、台座１９に載置された電気光学結晶１の溝部３ａ，３ｂには図５Ａ及び５Ｂに示した実施形態と同様、中央の薄い結晶部分を挟んで電極７ａ，７ｂが形成される。しかしながら、図５Ａ及び５Ｂに示した実施形態と異なるのは、残りの溝部の部分には、誘電体９ａ，９ｂの具体例としてワックス１０ａ，１０ｂが埋め込まれている。
かかる態様により、中央の薄い結晶部分は、電極７ａ，７ｂ、ワックス１０ａ，１０ｂ、及び他の電気光学結晶で完全に囲まれて固定される。従って、電極７ａ，７ｂで挟まれる結晶部分の歪みを抑えることができる。尚、図２１Ａに示した態様は、図５Ａ及び５Ｂに示した態様と同様、中央の薄い結晶部分の物理的強度を補うという効果も併せ持つ。
また、図２１Ｂに示した態様は、電気光学結晶１の溝部３ａ，３ｂも含めてＨ型の電気光学変調素子の全体をワックス１０で覆い、かかる覆ったワックス１０で電気光学変調素子を台座１９に固定するという態様である。かかる態様によっても無論、中央の薄い結晶部分歪みを抑えることができると共に、その物理的強度を補うことができる。この場合、ワックス１０に限らず、他の誘電体であってもよい。
図２２Ａ乃至２２Ｃは、いわゆるリッジ型の電気光学変調素子にワックスを塗布する態様を示す図である。
図２２Ａに示す態様においては、図１０Ｄに示したリッジ型の電気光学変調素子の電極を含むリッジ部２１の上面にワックス１０を塗布した。かかる態様によりリッジ部２１と電極２５ａ，２５ｂを固定することができる。従って、リッジ部２１の結晶の歪みを抑えることができる。
また、図２２Ｂに示す態様においては、図１０Ｄに示したリッジ型の電気光学変調素子のリッジ部２１及び電極２５ａ，２５ｂの全体をワックス１０で覆う。かかる態様によってもリッジ部２１と電極２５ａ，２５ｂを固定することができるので、リッジ部２１の結晶の歪みを抑えることができる。
更に、図２２Ｂに示す態様においては、図１０Ｄに示したリッジ型の電気光学変調素子の全体をワックス１０で覆い、台座１９に固定する。無論この場合も、リッジ部２１の結晶の歪みを抑えることができる。
尚、図２２Ａ乃至２２Ｃのいずれの態様を選択するかは、図１８Ａ乃至１８Ｅの場合と同様、周波数平坦性の度合いと電気光学効果の度合いとのトレードオフの観点に基づく。
また、図２２Ａ乃至２２Ｃの説明においては、ワックスで覆うように説明したが、ワックスに限らず、他の誘電体であってもよい。
また、図２２Ａ乃至２２Ｃに示した態様は、図１２Ｄに示したいわゆるＬ型の電気光学変調素子にも応用できることは言うまでもない。
以上説明したように、上記各実施形態では、電気光学結晶に対し、粘性を有しかつ時間経過と共に固まる性質をもつ物質が塗布されているので、固まった物質が結晶格子の変形を低減させ、その結果、共振がなくて、よりフラットな周波数特性の電気光学変調素子が得られる。
尚、本実施形態では、粘性を有しかつ時間経過と共に固まる性質をもつ物質を用いたが、それが、電気光学結晶に塗布されたときに少なくとも形状が変化しない程度の粘性を有する物質であれば、思い通りの形状に塗布した後、それを放置しても形状が保たれるので好適である。
また、ワックスは、時間経過と共に水分が蒸発して固まるものであるが、時間と共に低温になることで固まる物質、すなわち粘性を有するように予め熱されている物質を用いてもよい。また、接着剤であってもよい。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、電気光学結晶は、前記一対の電極間に入射する光の方向と平行な一対の側面のそれぞれに、その方向と平行な溝を有することにより、両溝により挟まれた薄い結晶部分が電界が結合する部分として構成され、その両溝には、一対の電極が満たされているか、一対の電極及び誘電体が満たされているので、電極間の薄い結晶部分から壊れ易いということがないと共に、電極間を極めて薄く加工することも困難なことではなく、更に電極間の薄い結晶部分の端面のみでなく、この部分以外の電気光学結晶の端面などを含む電気光学変調素子全体の端面として無反射コーティングを施すことにより、無反射コーティングを極めて容易かつ確実に行うことが可能である。また、薄い結晶部分歪むことなく、周波数特性が平坦になるという効果もある。
また、本発明によれば、ベース部の一側面上で突出した所定幅以下のリッジ部を電界が結合する電気光学結晶として構成したので、電極間の薄い結晶部分が壊れ易いということがないと共に、リッジ部からなる電極間の距離を極めて薄く、例えば０．１ｍｍ以下に加工することも困難なことではなく、更に入射面を無反射コーティングすることも、電極間の薄い結晶部分の端面のみでなく、この部分の下側に一体的に形成されている電気光学結晶の端面を含む電気光学変調素子全体の端面に対して全体的に無反射コーティングを施すことにより、無反射コーティングを極めて容易かつ確実に行うことが可能である。
この場合、少なくとも、リッジ部の上面と、その上面と面一になっている一対の電極の側面とを誘電体で覆った場合には、リッジ部の電気光学結晶の歪みが抑えられ、平坦な周波数特性が得られる。
また、この場合、少なくとも、リッジ部とベース部の境界部分の屈折率が、リッジ部の電気光学結晶の屈折率よりも低くなるようにすれば、電気光学結晶の長さを長くした場合であっても、回折した光が漏れるのを防止できるので、大きな位相変調度を得ることができる。
また、本発明によれば、電気光学結晶と一対の電極とを相対的に固定するように誘電体が塗布されるので、電気光学結晶の歪みが抑えられ、平坦な周波数特性が得られる。
【図１】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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