光开关制造技术

光开关通过向电光晶体（１０４）施加电场并且改变电光晶体（１０４）的折射率而在施加到电光晶体（１０４）的入射光（１０１）的透射和全反射之间执行切换。该光开关设置有布置在电光晶体（１０４）内部的多个电极（１０５），以构造用于向电光晶体（１０４）施加电场的电极部分（１０６）。折射率改变部分（图中未示出）包括整个电极部分（１０６），当通过在电光晶体（１０４）中的电极部分（１０６）施加了电场时，该折射率改变部分中的折射率改变。折射率改变部分的界面被形成为平坦的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在光的透射和反射之间切换的光开关。
技术介绍
在光通信领域中，存在用于通过向具有电光效应的物质施加 电压以使其折射率在生成的电场下改变来执行光的切换的各种已知设 备。已经提出了波导被构造在其中的光开关，包括利用两个波导的邻 近效应的定向耦合器型光开关和通过从外部源在波导之间施加电压以 生成相位差而利用光的干涉的马赫-曾德尔干涉仪型光开关。这些波导 型光开关能够执行高速切换，因为它们可以高速改变折射率。JP-A No.2006-293018提出了一种光开关，包括用于使光的振动平面旋转的正交偏振光学系统，所述光已经被由于主要电光效应(普 克耳斯效应)或次要电光效应(克尔效应)引起的双折射所线性偏振。 由于该电光光开关利用电光效应，所以它能够如波导类型的光开关一 样快地操作。JP-A No.2006-276654提出了一种光开关，该光开关利用包括 可由可见光激发的金属氧化物的微晶体的非线性光学薄膜，并且通过 利用从外部源施加的可见激发光引起反射现象来控制入射光的反射和 透射。已经提出了用于通过向电光晶体施加电压以产生用于导致 折射率改变的电场来将入射光选择性地改变成透射光和反射光的各种光开关。4图1示出了与本专利技术相关的一般光开关的基本结构。均由电子导体制成的两个电极1121以彼此面对的关系被布置在块形式的电光 晶体1104的各个侧面。两个电极1121被连接到外部电源1107，使得它 们具有不同的极性。当外部电源1107向两个电极1121施加电压时，在 两个电极1121之间产生电场，从而产生折射率改变部分1108。当外部 电源1107没有施加电压时，在两个电极1121之间折射率不改变，并且 因此入射光1101直接穿过电光晶体1104，并且作为透射光1102发出。 当外部电源1107施加电压时，在两个电极1121之间的折射率改变，并 且因此具有比临界角大的入射角的入射光1101被电光晶体1104反射， 并且作为反射光1103发出。因此，通过向电极1121施加适当的电压， 改变了电光晶体1104的折射率以在光的透射和反射之间切换，从而提 供了作为光开关的功能。上述定向耦合器型光开关和马赫-曾德尔干涉仪型光开关需 要通过复杂的制备工艺来制备，因为必须在晶体中形成波导。因此， 难以降低它们的设备的大小并且它们的制备成本高。上述包括正交偏 振光学系统的光开关的问题在于因为在电极之间的距离大，所以为 了获得期望的旋转角，操作电压高并且功率消耗大。专利文献1公开了通过增加光学路径的长度来降低所施加的 电压。然而，因为所增加的光学路径的长度需要大晶体，所以光开关 的成本很高，并且大晶体阻碍光开关大小和重量减小。包括正交偏振 光学系统的光开关本身不具有更小的设备大小，因为由晶体的双折射 引起了相位差，单独需要相位补偿波片。另外，由于增加了电极长度 并且加宽了电极面积，所以电容变得更大并且功率消耗也变得更高， 使得光幵关难以高速操作。此外，该光开关的缺点在于因为由晶体散射了线性偏振的入射光，所以不可能获得高消光比。在专利文献2中公开的光开关无法减少大小和重量，因为单独需要激发光来激发非线性光学膜。此外，该光开关的缺点在于由5于通过控制激发光来切换信号光，所以该光开关的机制比利用电光晶 体的电压控制系统更复杂，并且不能高速切换。在
技术介绍
的光开关中，在电光晶体的各个侧面上的电极之间施加电压以产生用于导致折射率改变的电场，用于将入射光选择性 地改变成透射光和反射光，根据
技术介绍
的光开关经受的结构问题在 于由于由晶体产品或封装带来的限制而难以将晶体的厚度减少成100pm或更小，并且因为由于电极之间的大距离而需要高驱动电压，所 以功率消耗大。假定由P来表示功率消耗、由f来表示操作频率、由C来表示 在晶体上的电极之间的电容、由eo来表示真空的介电常数、由^来表示 相对介电常数、由r来表示波束直径、由6m来表示临界角、由L来表示以 临界角em反射具有波束直径r的波束所需要的电极的长度、由w来表示 电极的宽度、由d来表示电极之间的间隔、由no来表示折射率、由An来 表示折射率的变化、由s来表示克尔常数并且由E来表示电场。这些参数根据以下等式彼此相关<formula>formula see original document page 7</formula>1)<formula>formula see original document page 7</formula>(2)其中，a、 (3分别表示系数,从等式(1)可以理解，为了获得相同的临界角，驱动电压 V与电极之间的距离d成比例地变得更高。从等式(2)还可以理解，功 率消耗P与电极之间的距离d成比例地变得更高。用于光通信的一般光开关需要具有大约10: l的消光比，这 不足以应用于诸如显示器这样的图像显示设备。与本专利技术有关的图l所 示的光开关具有与在光通信中使用光开关相同的问题，该问题是，折 射率改变部分1108难以完全地全反射入射光，并且无法实现足够的消 光比，因为将入射光分成了透射成分和反射成分。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光开关，能够在低操作电压下产生 大折射率改变，用于由此降低功率消耗。根据本专利技术的光开关用于通过向电光晶体施加电场以由此 改变电光晶体的折射率而在施加到该电光晶体的入射光的透射和全反 射之间切换，根据本专利技术的该光开关包括多个电极，所述多个电极设 置在所述电光晶体中以提供用于向电光晶体施加电场的电极组件，其 中所述电光晶体具有折射率改变部分，所述折射率改变部分的折射率 通过由所述电极组件施加的电场来改变，所述折射率改变部分包围了 所述电极组件整体，并且所述折射率改变部分具有平坦的折射率边界。根据本专利技术的另一光开关用于通过向电光晶体施加电场以 由此改变电光晶体的折射率而在施加到该电光晶体的入射光的透射和 全反射之间切换，根据本专利技术的该另一光开关包括设置在所述电光晶体中的电极组件，并且包括多个电极，所述多个电极具有在一个平面中设置的最大面积的主要横截面。附图说明图1是示出与本专利技术相关的光开关的视图；图2是示出根据本专利技术的第一示例的光开关的视图；图3是示出图2所示的光开关的电极组件的细节的视图；图4是图示光开关的操作的图5是示出具有多个电极组件的光开关的视图6是示出具有多个电极组件的另一光开关的视图7是沿图6所示的布置的线A-A所取的横截面视图8是示出当向电极组件施加电压时产生的折射率改变部分的视图9是示出根据本专利技术的第二示例的光开关的视图10是示出根据本专利技术的第二示例的另一光开关的视图ll是示出具有多个电极组件的光开关的视图；图12是示出具有多个电极组件的另一光开关的视图13是根据本专利技术的第三示例的光开关的平面图；图14是沿图13的线A-A所取的横截面视图15是示出根据第三示例的光开关的更具体结构的示意性视图；图16是示出形成光开关的电极的工艺的程序的横截面视图n是示出图像显示装置的示例的示意性视图18是示出图像形成装置的示例的示意性视图19是示出原型光开关的视图20是示出另一原型光开关的视图21是示出在与本专利技术相关的光开关以及根据本专利技术的示例的光开关的操作电压和消光比之间的关系的曲线图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光开关，所述光开关用于通过向电光晶体施加电场以由此改变所述电光晶体的折射率而在被施加到所述电光晶体的入射光的透射和全反射之间切换，所述光开关包括：　多个电极，所述多个电极设置在所述电光晶体中以提供用于向所述电光晶体施加所述电场的电 极组件；　其中，所述电光晶体具有折射率改变部分，所述折射率改变部分的折射率被由所述电极组件施加的所述电场改变，所述折射率改变部分包围了所述电极组件整体，并且所述折射率改变部分具有平坦的折射率边界面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋山永治，奥村藤男，石桥修，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]