光调制器和光调制器阵列

本发明涉及对调制对象光的强度进行调制的光调制器和光调制器排列成阵列状的光调制器阵列。

背景技术：

1、在非专利文献1中，公开有使用了电光学(electro-optic：eo)聚合物的光调制器。非专利文献1中记载的光调制器包括作为反射层的下部au层、在下部au层上形成的eo聚合物层和上部au层。此外，eo聚合物层和上部au层由多个图案部在规定的方向上周期性地排列成的栅格状的图案形成。在该光调制器中，通过借由夹着eo聚合物层的下部au层与上部au层之间的电压的施加来使反射率变化，调制作为调制对象的对象光的强度。

2、在非专利文献2中，公开有使用了非线性光学晶体的铌酸锂(ln：lithiumniobate)的反射型的菲涅尔透镜元件。非专利文献2中记载的透镜元件包括作为反射层的下部au层、在下部au层上形成的ln薄膜层和在ln层上由同心圆状的图案形成的上部au层。在该透镜元件中，借由夹着ln层的下部au层与上部au层之间的电压的施加，控制基于上部au层的图案的菲涅尔透镜的动作。

3、非专利文献1：j.zhang et al.，“electrical tuning of metal-insulator-metal metasurface with electro-optic polymer”，appl.phys.lett.vol.113(2018)pp.231102-1-231102-5

4、非专利文献2：c.damgaard-carstensen et al.，“electrical tuning offresnel lens in reflection”，acs photonics vol.8(2021)pp.1576-1581

5、非专利文献3：s.ogawa and m.kimata,“metal-insulator-metal-basedplasmonic metamaterial absorbers at visible and infrared wavelengths:areview”，materials vol.11，458(2018)

技术实现思路

1、作为光的调制中使用的空间光调制器(spatial light modulator：slm)，例如使用利用液晶层对光的相位进行调制的lcos(liquid crystal on silicon：硅上液晶)型的slm。在该lcos型slm那样，在光调制中使用液晶层的结构中，其动作速度依赖于液晶的响应速度，其结果是光调制器的响应速度例如被限制在小于1khz。

2、另一方面，在上述的非专利文献1中记载的光调制器中，能够通过在调制层使用与液晶相比高速地响应的eo聚合物，高速地进行对象光的强度调制。但是，在该光调制器中，例如在比波长1300nm短的波长，eo聚合物的光的吸收大，在这样的波长区域不易使其进行动作。

3、本发明的目的在于，提供能够高速地进行调制对象光的强度的调制并且在宽的波长区域使其适当地动作的光调制器和光调制器阵列。

4、本发明的实施方式为光调制器。光调制器包括：(1)基体层；(2)由对作为调制对象的对象光具有反射性的金属材料构成，在基体层的上表面上形成的反射层；(3)由对对象光具有透射性的非线性光学晶体构成，在反射层的上表面上以规定的厚度形成的调制层；和(4)由导电性材料构成，包含在与各层的叠层方向正交的第1方向上周期性地排列并且沿与叠层方向和第1方向正交的第2方向分别延伸的多个图案部，且在调制层的上表面上形成的导电图案层，(5)调制层以通过借由在反射层与导电图案层之间的电压的施加使折射率变化而使对于对象光的反射率变化的方式构成，将经导电图案层从调制层的上表面入射，通过调制层、并在反射层反射后的对象光，作为通过反射率的变化调制了强度的调制光，从调制层的上表面向外部出射。

5、在上述结构的光调制器中，在设置于基体层上的金属反射层的上表面上，形成由非线性光学晶体构成的调制层和包含在规定的方向上周期性地排列的多个图案部的栅格状的导电图案层，将与基体层成为相反侧的调制层和导电图案层的上表面侧作为调制对象光的入射面。此外，使夹着调制层设置的反射层和导电图案层分别作为下部电极层、上部电极层发挥作用。

6、而且，在这样的结构中，通过在反射层与导电图案层之间施加电压，使调制层的折射率变化而控制对于对象光的反射率，从而调制对象光的强度。根据这样的结构，通过在调制层使用比液晶高速地响应，对于比波长1300nm短的波长的对象光也能够适用的非线性光学晶体，能够实现能够高速地进行调制对象光的强度的调制，并且在宽的波长区域使其适当地动作的光调制器。

7、本发明的实施方式为光调制器阵列。光调制器阵列也可以包括多个上述结构的光调制器，多个光调制器呈1维或2维阵列状排列。此外，光调制器阵列也可以具体而言例如令m为1以上的整数，令n为2以上的整数，多个光调制器m行n列地呈1维或2维阵列状排列。根据这样的结构，能够将上述结构的光调制器作为调制单元(调制像素)，适当地实现利用1维或2维的调制图案的对象光的强度调制。

8、根据本发明的光调制器和光调制器阵列，能够高速地进行调制对象光的强度的调制，并且在宽的波长区域使其适当地动作。

技术特征：

1.一种光调制器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的光调制器，其特征在于：

3.如权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于：

4.如权利要求1～3中任一项所述的光调制器，其特征在于：

5.如权利要求1～4中任一项所述的光调制器，其特征在于：

6.如权利要求1～5中任一项所述的光调制器，其特征在于：

7.一种光调制器阵列，其特征在于：

技术总结
本发明提供光调制器和光调制器阵列，其中，光调制器(1A)包括：基体层(10)；在基体层(10)上形成的金属反射层(20)；在反射层(20)上形成的非线性光学晶体的调制层(25)；和导电图案层(30)，其包含在第1方向上周期性地排列并且按第2方向分别延伸的多个图案部(31)，且在调制层(25)上形成。调制层(25)通过借由在反射层(20)与导电图案层(30)之间的电压的施加使得折射率发生变化而使对于对象光的反射率变化。光调制器(1A)将从调制层(25)的上表面侧入射，通过调制层(25)、在反射层(20)反射后的对象光，作为通过反射率的变化调制了强度的调制光向外部出射。由此，能够实现能够高速地进行对象光的强度的调制并且在宽的波长区域使其适当地动作的光调制器。

技术研发人员：宫野广基,相马豪,福井太一郎,种村拓夫,野本佳朗
受保护的技术使用者：国立大学法人东京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13