[发明专利]光偏向元件及光偏向装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光偏向元件及光偏向装置，尤其是涉及通过电光效应可以使射入光波导(optical waveguide)内的光束二维偏向的光偏向元件及光偏向装置。该光偏向元件可以用于包含激光打印机、投影仪、激光扫描显微镜、利用光学相干断层扫描的光学诊断装置、光学通信用开关元件等的光学设备上。

背景技术

根据输入信号能使光束以任意的角度扫描的光偏向元件被用于各种各样的用途，是构成例如，激光打印机、投影仪及显示器等的影像设备、激光扫描显微镜、利用光记录等的光学头、利用光学相干断层扫描等的光学诊断装置、光学通信用开关元件、各种传感装置等时的基本元件。这些光偏向元件大致分为诸如振动式电流计、多面镜、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)镜等的机械式偏向元件和诸如音响光学元件或电光元件等的非机械式光偏向元件。

在此，对具有驱动上述镜的机构的机械式偏向元件而言，元件的小型化困难、功耗也很大，并且因为使用镜，所以不能期待扫描的高速化。另外，音响光学元件虽然与机械式偏向元件相比可以实现高速化，但是，由于具有利用音响光学效应的超声波产生部分，所以元件的小型化困难，此外，由于需要数百MHz的弹性波激励信号，所以驱动系统复杂且庞大。

另一方面，作为与利用上述音响光学效应的音响光学元件相比，可以高速地使光偏向的元件，存在一种电光元件，即，利用具有电光效应(EO(Electro-Optic)效应)的电光材料(以后，称为“电光晶体”)的光偏向元件。作为对该电光元件所期待的性能，可举出，可广角扫描、可高速扫描、能以低功耗或低电压的输入信号工作、小型、耐冲击性强等。

使用上述电光元件的光偏向元件，利用通过对物质施加电场其折射率变化的电光效应，控制光的行进方向。以下，对作为电光元件所使用的代表性的以往技术进行说明。

首先，有一种电光元件，在铌酸锂(LiNbO₃∶LN)、铌酸钾(KNbO₃)、钽酸铌酸钾(KTa_1-xNb_xO₃∶KTN)等的电光晶体的表面形成棱柱形状的电极，或在电光晶体上将棱柱形状等的极化反转区域图案化。该电光元件通过对电极或极化反转区域施加电压，引起折射率变化，使光偏向。

例如，在专利文献1中，如图12所示，在由掺氧化镁铌酸锂构成的光波导层101形成棱柱型的极化反转区域102，并在光波导层101的上面及下面成膜上部电极和下部电极，通过对上部电极及下部电极施加电压，实现相对于光波导层101的表面在水平方向(图12的xy面方向)的光偏向。

其次，在非专利文献1中，作为电光元件的一种，提出了利用空间电荷控制导电的光偏向元件。该光偏向元件是利用通过向电光晶体的电子注入，基于电光效应的折射率变化发生倾斜，从而产生广角的光偏向的现象的光偏向元件。具体而言，如图13所示，在具有较大的电光效应的KTN晶体基板103的上下面成膜金属电极104，通过对金属电极104施加电压，实现在基板103的膜厚方向(图13的z轴方向)的光偏向。

此外，专利文献2也提出了利用空间电荷控制导电的光偏向元件。在该光偏向元件中，如图14所示，在电光物质105的上下面(与图14的xy面平行的面)设置电极106，并在与电极106垂直的侧面(与图14的yz面平行的面)设置电极107，通过对电极106及电极107施加电压，实现在电光物质105的膜厚方向(图14的z轴方向)和电光物质105的表面的水平方向(图14的xy面方向)的二维的光偏向。

并且，专利文献3也提出了利用空间电荷控制导电的光偏向元件。在该光偏向元件中，使电光材料在溶液中结晶成长而生成电光晶体，并在电光晶体上设置电极，通过对电极施加电压，实现二维的光偏向。

然而，在上述的任意一种以往技术中，都没能实现一种利用一个基板以低驱动电压可使光束高速地二维偏向的小型的光偏向元件。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2012-58651号

专利文献2：日本专利公开公报特开2009-20442号

专利文献3：国际专利公开公报第2006/137408号。

非专利文献