CN101344699A - 光偏转器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使光在三维方向进行偏转的光偏转器。该光偏转器具有通过施加电场能够使折射率沿着电场的方向线性变化的电光物质(12)的区域，通过该区域的光L的入射界面和光从区域出射的出射界面的双方或者任意一方上的、光在与电场的方向正交的面内的折射和光按照折射率分布的折射，使光偏转。

Description

光偏转器
技术领域
本发明涉及能够使输入光三维地偏转输出的光偏转器。
背景技术
使光束偏转的技术在扫描式电子显微镜、激光打印机、条型码扫描仪、光交叉连接器等领域已被广泛使用。
作为使光束偏转的方法，已经开始利用旋转反射镜、声光效应、电光效应等。例如，在光通信领域使用的光交叉连接器中，已经开始使用利用MEMS(Micro Electro Mechanical System：微机电***)技术的微小反射镜。该光交叉连接器通过机械地控制反射镜的角度，可处理几十～一千信道的线路。
但是，利用MEMS技术的光偏转器需要机械地驱动反射镜。因此，无法将偏转角的切换时间缩短到短于约1毫秒。
在这一点上，利用电光效应的偏转元件可在原理上高速切换偏转角(例如参照专利文献1和2)。
此外，近年来公开了如下元件：通过将空间电荷注入到电介体内，使电介体内产生与电场同一方向的折射率分布，从而使光束偏转(例如参照非专利文献1)。
[专利文献1]美国专利第6449084号说明书
[专利文献2]美国专利第6947625号说明书
[非专利文献1]Koichiro Nakamura，Jun Miyazu，Masahiro Sasaura andKazuo Fujiura，“Wide-angle，low-voltage electro-optic beam deflection basedon space-charge-controlled mode of electrical conduction in KTa1-XNbXO3”，APPLIED PHYSICS LETTERS 89，131115(2006)
但是，专利文献1、2以及非专利文献1中公开的光偏转器存在如下问题：只能在包括入射光的平面内使光偏转出射。
发明内容
本发明正是鉴于这样的问题而完成的。因此，本发明的目的在于，提供一种能够将入射到光偏转器的输入光作为三维偏转的出射光出射的光偏转器。
为了达到上述目的，本发明的光偏转器具有以下说明的结构上的特征。
本发明的第1要旨的光偏转器具有电光物质的作用区域，该作用区域的折射率分布随着被施加电场而沿着电场的方向线性变化。
通过作用区域的光的入射界面和光从作用区域出射的出射界面的双方或者任意一方的、与电场的方向正交的面内的光的折射和光按照折射率分布的折射，使光偏转。
根据该第1要旨的光偏转器的结构，能够考虑电场的强度和光的入射角和/或出射角来确定出射光相对于入射光偏转的方向和大小。
在实施上述光偏转器时，电光物质由折射率根据克尔效应而变化的材料构成，作用区域在光的传播方向顺序地至少设置成第1区域、第2区域以及第3区域。
第1区域具有与光的入射界面对应的第1面、和与光的出射界面对应且与第1面不平行的第2面。
第2区域具有与光的入射界面对应的第3面、和与光的出射界面对应且与第3面不平行的第4面。
第3区域具有与光的入射界面对应的第5面、和与光的出射界面对应的第6面。
在此，第1面和第4面相互平行，并且，第2面和第3面相互平行对置，并且，第5面和第6面平行。
在实施该光偏转器时，优选的是，第1区域具有平面形状相互全等的三角形状的第1端面和第2端面，该第1端面和第2端面与第1面和第2面正交且相互平行地隔开设置。
此外，优选的是，第2区域具有平面形状相互全等的三角形的第3端面和第4端面，该第3端面和第4端面与第3面和第4面正交且相互平行地隔开设置。
而且，优选的是，在第1区域和第2区域中，第2面和第3面平行对置配置，由两个区域相互结合而形成底面为平行四边形的长方体。
此外，优选的是，第3区域具有与第5面和第6面正交且相互平行地隔开设置的第5端面和第6端面，第3区域是底面为平行四边形的长方体。
或者，也可以是，第3区域具有形状与第1区域和第2区域相同的第1副区域和第2副区域这2个区域。
此外，优选的是，在第1区域的第1端面和第2端面上分别设置有第1表面电极和第1背面电极，在第2区域的第3端面和第4端面上分别设置有第2表面电极和第2背面电极，在第3区域的第5端面和第6端面上分别设置有第3表面电极和第3背面电极。
在实施上述光偏转器时可以是，电光物质按照电光系数的分布沿着上述电场的方向成为线性的方式预先形成，电光物质由在被施加电场时，根据普克尔效应，折射率沿着电场的方向变化成线性的折射率分布的材料构成。
作用区域在光的传播方向顺序设置成第1区域和第2区域。
第1区域具有与光的入射界面对应的第1面、和与光的出射界面对应且与第1面不平行的第2面。
第2区域具有与光的入射界面对应的第3面、和与光的出射界面对应的第4面。
而且，在第1～第4面之间，以下任意一个条件成立。
条件1：第1面和第4面平行对置，并且，第2面和第3面相互平行对置。
条件2：第3面和第4面平行。
此外，优选的是，第1区域具有与第1面和第2面正交且相互平行地隔开设置的第1端面和第2端面，第2区域具有与第3面和第4面正交且相互平行地隔开设置的第3端面和第4端面。
而且，优选的是，在条件1成立时，第1区域和第2区域是端面的平面形状相互全等的三角形，在第1区域和第2区域中，第2面和第3面对置配置，由两个区域相互结合而形成端面的平面形状为平行四边形的长方体。
在该情况下，优选的是，作用区域还具有第3区域和第4区域，该第3区域和第4区域具有与第1区域和第2区域的形状和配置分别相同的形状和配置，第3区域和第4区域相对于第1区域和第2区域的顺序配置，在光的传播方向上顺序配置。
此外，优选的是，在条件2成立时，第1区域的第1端面和第2端面的平面形状是三角形，第2区域的第3端面和第4端面的平面形状是平行四边形。
此外，在实施上述光偏转器时，优选的是，在第1区域的第1端面和第2端面上分别设置有第1表面电极和第1背面电极，在第2区域的第3端面和第4端面上分别设置有第2表面电极和第2背面电极。
或者，也可以是，在第1区域的第1端面设置有第1表面电极，在第2区域的第3端面设置有第2表面电极，第1区域的第2端面和第2区域的第4端面位于电光物质的面内，在电光物质的面上设置有第1区域和第2区域公共的公共背面电极。
在实施上述光偏转器时，也可以是，电光物质的组成按照折射率沿着电场方向的变化成为线性的方式变化。
此外，也可以是，电光物质的极化或者晶格反转区域占的比例，按照折射率沿着电场方向的变化成为线性的方式变化。
此外，本发明的光偏转器阵列是在基板上排列多个上述光偏转器而成的。
此外，本发明的第2要旨的光偏转器具有能够根据克尔效应通过施加电场使折射率分布沿着电场的方向线性变化的电光物质的作用区域、即各自的电场的方向正交的第1区域和第2区域。而且，通过按照第1区域的光的入射界面和出射界面之间的折射率分布的光的折射、和按照第2区域的光的入射界面和出射界面之间的折射率分布的光的折射，使光三维偏转。
根据该第2要旨的光偏转器的结构，能够考虑电场的强度和光的入射角和/或出射角来确定出射光相对于入射光偏转的方向和大小。
由于本发明按照上述方式构成，因此，能够得到可使光在三维方向偏转的光偏转器。
附图说明
图1是表示实施方式的波长转换元件的概略结构的图。(A)是立体图，(B)是俯视图，(C)是侧视图。
图2是表示实施方式1的光偏转器的概略结构的立体图。
图3(A)是在实施方式1中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图3(B)和图3(C)是从图3(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图4(A)是在实施方式1中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图4(B)是从图4(A)的箭头C方向观察的侧视图。
图5(A)是在实施方式1中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图5(B)是表示沿着图5(A)中的线D的剖面切口的图。
图6(A)是在实施方式1中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图6(B)和图6(C)是从图6(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图7是概略地表示光偏转器阵列的结构的立体图。
图8是表示实施方式2的光偏转器的概略结构的立体图。
图9(A)是在实施方式2中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图9(B)是表示沿着图8(A)中的线D的剖面切口的图。
图10(A)是在实施方式2中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图10(B)是表示沿着图10(A)中的线D的剖面切口的图。
图11(A)是在实施方式2中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图11(B)是表示沿着图11(A)中的线D的剖面切口的图。
图12是表示实施方式3的光偏转器的概略结构的立体图。
图13(A)是在实施方式3中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图13(B)是从图13(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图14(A)是在实施方式3中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图14(B)是从图14(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图15(A)是在实施方式3中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图15(B)是表示沿着图15(A)中的线D的剖面切口的图。
图16(A)是在实施方式3中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图16(B)是表示沿着图16(A)中的线D的剖面切口的图。
图17是表示实施方式4的光偏转器的概略结构的立体图。
图18(A)是在实施方式4中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图18(B)是从图18(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图19(A)是在实施方式4中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图19(B)是从图19(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图20(A)是在实施方式4中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图20(B)是从图20(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图21(A)是在实施方式4中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图21(B)是从图21(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图22是表示实施方式5的光偏转器的概略结构的立体图。
图23(A)是在实施方式5中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图23(B)是从图23(A)的箭头B方向观察的侧视图。
图24(A)是在实施方式5中用于说明光的传播路径的光偏转器的俯视图，图24(B)是从图24(A)的箭头B方向观察的侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，在各图中，各构成要素的形状、大小和配置关系只概略地表示到可理解本发明的程度。此外，以下说明本发明的优选结构例，各构成要素的材质和数值的条件等只是优选例。因此，本发明不限于以下的任何实施方式。此外，在各图中，有时对相同的构成要素标注相同标号，省略其说明。
(发明的概要)
以下，说明本发明的基本的实施方式。
本实施方式的光偏转器具有电光物质的作用区域。该作用区域具有光的入射界面和出射界面。此外，通过在入射界面和出射界面之间施加电场，作用区域成为折射率分布沿着该电场的方向而线性变化的区域。借助该入射界面和出射界面的双方或者任意一方中的、与电场方向正交的面内的光的折射和按照折射率分布的光的折射，使相对于光的入射方向的光的出射方向三维偏转，使光从作用区域出射。
(实施方式的概念)
以下，参照图1说明本实施方式的光偏转器的基本构造的一例及其动作。图1(A)是具有最少的构成要素、即1个作用区域的光偏转器(以下称作“光偏转器模型”)的立体图。图1(B)是用于说明光的偏转的图1(A)的俯视图。图1(C)是用于说明光的偏转的图1(A)的侧视图。
光偏转器模型11使用立方体状的电光物质12而形成。在该光偏转器模型的结构中，电光物质12大体分成作用区域14和非作用区域15。
作用区域14被设定在电光物质12中，通过从外部施加电压，折射率沿着通过该电压产生的电场的方向而线性变化。如果电压的强度变大，则折射率的变化率也随之变大。作用区域14是按照发生电场的电极的形状来划分的。为了对作用区域14施加该电压，在作用区域14的两个底面分别形成有具有相互全等形状的直角三角形状的电极17a和17b。因此，在该结构例中，作用区域14是在电光物质12的第1主面12c和第2主面12d分别具有直角三角形状的彼此相同形状的两个底面的三棱柱区域。非作用区域15是在电光物质12中除去作用区域14而剩余的区域。
通过对这些电极17a和17b施加预定的电压，在作用区域14产生沿着从第1主面12c向第2主面12d的方向的电场。其结果，作用区域14的折射率沿着从第1主面12c向第2主面12d的方向而线性变化。以后，将与第1主面12c垂直、且从第1主面12c向第2主面12d的方向称作“深度方向”，在图1(A)中用箭头a表示。此外，在与第1主面12c平行的面内，将与深度方向正交的方向称作“水平方向”，在图1(A)中用箭头b表示。
此外，作用区域14具有光L的入射界面19a和出射界面19b。在光偏转器模型11中，入射界面19a相对于光L的传播方向垂直延伸。此外，出射界面19b相对于光L的传播方向倾斜延伸。
如上所述，作用区域14的折射率随着电压施加而变化，从而作用区域14中的折射率和非作用区域15的折射率之间产生差异。结果，光L在入射界面19a和出射界面19b的双方或者任意一方中，向与电场方向正交的面内、即水平方向折射。另外，光在水平方向上的偏转角可根据施加在作用区域14上的电压的大小来调节。
如图1(B)所示，在光偏转器模型11的情况下，入射界面19a相对于光L的传播方向垂直延伸，因此，在入射界面19a不产生光L的折射。另一方面，出射界面19b相对于光L的传播方向倾斜延伸，因此，在出射界面19b中，在水平方向上产生光L的折射。即，在该情况下，光L在入射界面19a和出射界面19b中的出射界面19b发生折射。
如图1(C)所示，借助通过对电极17a和17b施加电压而产生的电场，作用区域14的折射率分布在深度方向线性变化。其结果，在光L作为弯曲折射光在作用区域14内传播的过程中，按照其折射率分布，向折射率变高的方向在深度方向弯曲，相对于入射光偏转。光在深度方向上的偏转角可根据施加在作用区域14上的电压的大小、从而根据折射率变化的程度来调节。
由此，在光偏转器模型11中，通过对作用区域14施加电压，可使作用区域14的折射率变化。结果，可将光L向水平方向和深度方向的两个方向、即三维方向偏转。
另外，通过对电极17a和17b施加电压，可在使作用区域14的折射率分布变化时，如后所述地利用克尔效应或者普克尔效应。
可以说，此后进行说明的实施方式1～5都是该光偏转器模型11的应用例。即，在实施方式1～5中，通过在电光物质中设置多个作用区域，来进一步提高光偏振的自由度。
(实施方式1)
以下，参照图2～图6说明实施方式1的光偏转器。
(构造)
图2是表示光偏转器的概略结构的立体图。另外，在图2中，为了防止附图变得繁杂，电极忽略厚度而描绘成平面。
光偏转器10具有电光物质12、和在电光物质12的内部被设置成第1、第2以及第3区域的作用区域14。
电光物质12是两个端面12a和12b的平面形状为正方形状的立方体。一个端面12a成为向电光物质12输入沿着传播方向(图中箭头A)的光L的面。此外，与一个端面12a对置的另一个端面12b成为从电光物质12输出偏转后的光L的面。
此外，电光物质12具有形成有后述的第1～第3表面电极22a、24a以及26a的第1主面12c、形成有后述的第1～第3背面电极22b、24b以及26b的第2主面12d。以后，将与第1主面12c垂直、且从第1主面12c向第2主面12d的方向称作“深度方向a”。此外，在与第1主面12c平行的面内，将与深度方向正交的方向称作“水平方向b”。
电光物质12是使用可通过施加沿着深度方向的电场而使折射率沿着电场方向线性变化的材料形成的。
在此，“线性”是指沿着电场方向从第1主面12c测量到的电光物质12中的距离和电光物质12的折射率之间一次函数成立。
更详细地说，电光物质12是使用如下材料构成的：通过伴随电场施加的电荷注入，根据克尔效应，折射率与施加的电场强度的平方成正比地沿着电场方向线性变化。在此，作为电光物质12，优选的是，例如可使用KTa1-xNbxO3(其中，X满足0＜X＜1)。
在此，“克尔效应”是指介质(电光物质12)的折射率与施加在该介质(电光物质12)上的电场强度的平方成正比地变化的效应。
沿着光L的传播方向在电光物质12中顺序地、相互隔开地设置有3个作用区域14。这些作用区域14从光L的传播方向的上游侧起，按照第1区域16、第2区域18以及第3区域20的顺序配置。
在第1区域16中设置有第1表面电极22a和第1背面电极22b。以下，在无需特别区分两个电极22a和22b的情况下，称作“第1电极对22”。
第1表面电极22a的平面形状是直角三角形，设置在第1主面12c上。在此，将设置有第1表面电极22a的第1主面12c的区域称作“第1区域16的一个端面16a”。
第1背面电极22b的形状与第1表面电极22a全等，设置在第2主面12d上。即，第1背面电极22b被配置在与第1表面电极22a向第2主面12d的正投影相等的区域。在此，将设置有第1背面电极22b的第2主面12d的区域称作“第1区域16的另一个端面16b”。
这样，第1区域16是由第1表面电极22a和第1背面电极22b夹着的电光物质12的区域、即由一个端面16a和另一个端面16b之间的电光物质12构成的直三棱柱状的区域。
第1区域16具有与光L向第1区域16入射的入射界面对应的侧面即第1面16c。第1面16c位于电光物质12的一个端面12a侧，且相对于该端面12a平行。在该结构例中，光L作为入射光，相对于该第1面16c垂直地入射。
此外，第1区域16具有与光L从第1区域16出射的出射界面对应的侧面即第2面16d。第2面16d是位于电光物质12的另一个端面12b侧，沿着直角三角形的第1表面电极22a的斜边形成的侧面。此外，第2面16d相对于第1面16c不平行地延伸，并且，相对于光L的传播方向以直角以外的角度交叉。
在第1区域16中，第1面16c和第2面16d以外的侧面16e与电光物质12的侧面平行地延伸。
在第2区域18上设置有第2表面电极24a和第2背面电极24b。以下，在无需特别区分两个电极24a和24b的情况下，称作“第2电极对24”。
第2表面电极24a的平面形状是与第1表面电极22a全等的直角三角形，设置在第1主面12c上。在此，将设置有第2表面电极24a的第1主面12c的区域称作“第2区域18的一个端面18a”。
第2背面电极24b的形状与第2表面电极24a全等，设置在第2主面12d上。即，第2背面电极24b被配置在与第2表面电极24a向第2主面12d的正投影相等的区域。在此，将设置有第2背面电极24b的第2主面12d的区域称作“第2区域18的另一个端面18b”。
第2区域18具有与光L向第2区域18入射的入射界面对应的侧面即第3面18c。第3面18c与第2面16d即出射界面平行地位于电光物质12的一个端面12a侧。在该结构例中，第3面18c是沿着直角三角形的第2表面电极24a的斜边形成的侧面。来自第2面16d的光L作为入射光，以直角以外的角度入射到第3面18c。
此外，第2区域18具有与光L从第2区域18出射的出射界面对应的侧面即第4面18d。第4面18d位于电光物质12的另一个端面12b侧，且与该端面12b平行，相对于第3面18c不平行地延伸。
在第2区域18中，第1面18c和第2面18d以外的侧面18e与电光物质12的侧面平行地延伸。
在此，说明第1区域16和第2区域18的位置关系。这些区域16和18各自对应的面的形状全等，因此，各个区域16和18是大小相等的直三棱柱。
第1区域16的第1面16c与第2区域18的第4面18d平行地延伸。而且，第1区域16的第2面16d和第2区域18的第3面18c相互平行对置延伸。即，第1区域16和第2区域18配置成相互结合而实质上形成立方体。
在第3区域20上设置有第3表面电极26a和第3背面电极26b。以下，在无需特别区分两个电极26a和26b的情况下，称作“第3电极对26”。
第3表面电极26a的平面形状是长方形状，设置在第1主面12c上。在此，将设置有第3表面电极26a的第1主面12c的区域称作“第3区域20的一个端面20a”。
第3背面电极26b的形状与第3表面电极26a全等，设置在第2主面12d上。即，第3背面电极26b被配置在与第3表面电极26a向第2主面12d的正投影相等的区域。在此，将设置有第3背面电极26b的第2主面12d的区域称作“第3区域20的另一个端面20b”。
这样，第3区域20是由第3表面电极26a和第3背面电极26b夹着的电光物质12的区域、即由一个端面20a和另一个端面20b之间的电光物质12构成的长方体状的区域。
第3区域20具有与光L向第3区域20入射的入射界面对应的侧面即第5面20c。第5面20c位于电光物质12的一个端面12a侧，且与该端面12a平行。
此外，第3区域20具有与光L从第3区域20出射的出射界面对应的侧面即第6面20d。第6面20d位于电光物质12的另一个端面12b侧，与该端面12b平行，且与第5面20c平行。
此外，在第3区域20中，第5面20c和第6面20d以外的侧面20e和20f与电光物质12的侧面平行地延伸。
在此，第1～第3表面电极22a、24a以及26a和第1～第3背面电极22b、24b以及26b与电光物质12欧姆接合，使得能够对第1～第3区域16、18以及20分别有效地注入电荷。作为构成第1～第3表面电极22a、24a以及26a和第1～第3背面电极22b、24b以及26b的材料，可采用与电光物质12之间的功函数差小的金属，优选的是例如Ti、Cr等。
(动作)
接着，参照图3～图6说明光偏转器10的动作。
首先，说明对第1电极对22和第2电极对24施加了预定电场时的光偏转器10的动作。
图3(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图3(B)和图3(C)是从箭头B方向观察图3(A)的侧视图。
在第1电极对22中，考虑对第1表面电极22a施加正电压、将第1背面电极22b接地的情况。另外，在该情况下，假定在第2电极对24和第3电极对26之间没有施加电场。在通过施加电压而被施加电场的作用区域中，折射率按照以下方式变化。但是，在没有施加电压因而没有产生电场的非作用区域中，折射率恒定。
在该情况下，通过从第1背面电极22b向电光物质12注入电子，第1背面电极22b侧的电场减弱。另一方面，在第1表面电极22a侧，由于注入电子的电荷，电场增强而折射率减小。其结果，如图3(B)所示，由于伴随电荷注入的克尔效应，电光物质12的折射率按照从第1表面电极22a向第1背面电极22b线性增加的方式分布。
其结果，如图3(A)所示，第1区域16的折射率减小到比周围的电光物质12的区域小。由此，如图3(A)所示，从第1面16c入射到第1区域16的光L从第2面16d出射。在光L从第2面16d出射时，由于折射率的不连续而向图面右侧折射、即偏转。即，在该情况下，在第1面16c(入射界面)和第2面16d(出射界面)中的第2面16d上，光L在水平方向上偏转。
此外，如图3(B)所示，电光物质12在第1区域16内部具有从第1表面电极22a向第1背面电极22b线性增加的折射率分布。结果，光L按照该折射率分布，在通过第1区域16时向深度方向下侧折射、即偏转。因此，来自第1区域16的出射光在水平方向的偏振和与水平方向正交的方向的偏振组合而成的方向上行进。由此，出射光相对于入射光三维偏转。
另外，在图3(A)和(B)的例子中，没有对第2电极对24和第3电极对26施加电场，因此，在第2区域18和第3区域20中，光L直线前进而不偏转，在从另一个端面12b出射时发生折射。
至此，说明了将第1表面电极22a取为正极、将第1背面电极22b接地的情况。图3(C)表示对于深度方向施加与上述相反方向的电场的情况，即将第1背面电极22b取为正极、将第1表面电极22a接地时的光L的偏转情况。
在该情况下，如图3(C)所示，电光物质12的折射率按照从第1表面电极22a向第1背面电极22b线性减小的方式分布。
其结果，光L在水平方向上的偏转与图3(A)相同，而光L在深度方向上的偏转与图3(B)相反。即，光L按照第1区域16的折射率分布而向深度方向上侧偏转。
接着，参照图4(A)和(B)说明仅对第2电极对24施加电场的情况。图4(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图4(B)是从箭头C方向观察图4(A)的侧视图。另外，在图4(A)和(B)中，假定没有对第1电极对22和第3电极对26施加电场。在通过施加电压而被施加电场的作用区域中，折射率按照以下方式变化。但是，在没有施加电压因而没有产生电场的非作用区域中，折射率恒定。
即使在对第2电极对24施加了电场的情况下，也与第1电极对22的情况相同。更详细地说，将第2表面电极24a取为正极、将第2背面电极24b接地时在第2区域18产生的折射率分布与第1区域16相同。即，由于伴随电荷注入的克尔效应，电光物质12的折射率按照从第2表面电极24a向第2背面电极24b线性增加的方式分布。并且，第2区域18的折射率减小到比周围的电光物质12小。
其结果，如图4(A)所示，对于水平方向，从第3面18c入射到第2区域18的光L在第3面18c上向图面左侧折射、即偏转，在第2区域18中直线前进。而且，在从第4面18d出射时，进一步向图面左侧偏转。即，在该情况下，在第3面18c(入射界面)和第4面18d(出射界面)的双方，光L在水平方向上偏转。
此外，如图4(B)所示，对于深度方向，在第2区域18中传播的光L与第1区域相同，按照第2区域18的折射率分布，在通过第2区域时向深度方向下侧折射、即偏转。
此外，虽然没有图示，但在使电场方向相反的情况下、即将第2表面电极24a接地、将第2背面电极24b取为正极的情况下，也与第1区域16相同。即，水平方向上的偏转方向与图4(A)相同，但在深度方向上偏转方向成为与图4(B)相反的方向，光L向深度方向上侧偏转。
接着，参照图5(A)和(B)说明对第1电极对22和第2电极对24同时施加相同方向且相同大小的电场的情况。另外，在该情况下，假定没有对第3电极对26施加电场。在通过施加电压而被施加电场的作用区域中，折射率按照以下方式变化。但是，在没有施加电压因而没有产生电场的非作用区域中，折射率恒定。
图5(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器10的俯视图，图5(B)是表示沿着图5(A)中的线D的剖面切口的图。
在此，考虑将第1表面电极22a和第2表面电极24a取为正极、将第1背面电极22b和第2背面电极24b接地的情况。
此时，如图5(A)所示，在水平方向上观察时，可以说，由于第1区域16和第2区域18合并，三角棱镜形状消失。即，形成具有光L垂直入射的第1面16c和第4面18d的、平面形状为长方形状的四棱柱形的合并区域。其结果，在该合并区域中光L不会偏转。
如图5(B)所示，关于深度方向，光L在第1区域16和第2区域18的双方向深度方向下侧偏转。由此，光L与第1区域16或者第2区域18单独的情况相比，以更大的偏转角向深度方向下侧偏转。
另外，虽然没有图示，但在使电场方向相反的情况下、即将第1表面电极22a和第2表面电极24a接地、将第1背面电极22b和第2背面电极24b取为正极的情况下，光L在深度方向上的偏转方向与图5(B)相反。即，在该情况下，光L不在水平方向上偏转，但在深度方向上，与第1区域16或者第2区域18单独的情况相比，以更大的偏转角向深度方向上侧偏转。
接着，参照图6(A)～(C)说明对第1电极对22和第3电极对26施加预定电场时的光偏转器10的动作。
图6(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器10的俯视图，图6(B)和图6(C)是从箭头B方向观察图6(A)的侧视图。
如图6(A)所示，在第3区域20中，与光L的入射界面对应的侧面即第5面20c和与光L的出射界面对应的侧面即第6面20d平行延伸。因此，在第3区域20中，光L不在水平方向上偏转。即，第3区域20仅在深度方向上将光L偏转。
图6(B)表示对第3电极对26施加的施加电场和对第1电极对22施加的施加电场相同方向且相同大小的情况。更详细地说，在图6(B)中，将第1表面电极22a取为正极，将第1背面电极22b接地，并且，将第3表面电极26a取为正极，将第3背面电极26b接地。
在该情况下，如图6(A)所示，光L通过第1区域16向图面右侧偏转而入射到第3区域20。而且，入射到第3区域20的光L在该区域20中不在水平方向偏转而直线前进。但是，光L在第3区域20中在深度方向偏转。即，第3区域20和第1区域16的深度方向的折射率分布相同，分别具有从第1主面12c向第2主面12d增加的分布。由此，在第1区域16中，向深度方向下侧偏转的光L入射到第3区域20，进一步向深度方向下侧偏转并出射。
图6(C)表示对第3电极对26施加的施加电场和对第1电极对22施加的施加电场相反方向且相同大小的情况。更详细地说，在图6(C)中，将第1表面电极22a取为正极，将第1背面电极22b接地，并且，将第3表面电极26a接地，将第3背面电极26b取为正极。
在该情况下，在第3区域20和第1区域16中，折射率分布相反。由此，在第1区域16中向下偏转的光L在第3区域20中向上偏转，结果，光L以不在深度方向偏转的状态出射。
(效果)
这样，本实施方式的光偏转器10能够利用在电光物质12的第1主面12c和第2主面12d设置电极这样的简单结构，将光L在三维方向(水平方向和深度方向的双方)偏转。
此外，本实施方式的光偏转器10仅在电光物质12的第1主面12c和第2主面12d设置有电极。其结果，能够直接利用光刻技术等半导体器件的制造方法来制作光偏转器10。结果，光偏转器的量产性提高。
(设计条件等)
另外，当存在于第1主面12c的第1～第3表面电极22a、24a以及26a相互接近时，施加的电场彼此可能产生干扰。这一点在存在于第2主面12d的第1～第3背面电极22b、24b以及26b中也同样。
为了避免该电场的干扰，优选的是，第1～第3表面电极22a、24a以及26a分别隔开电光物质的厚度(深度方向的长度)以上地配置。这一点在第1～第3背面电极22b、24b以及26b中也同样。
此外，在由于尺寸上的问题而无法隔开配置第1～第3表面电极22a、24a以及26a(第1～第3背面电极22b、24b以及26b)的情况下，也可以在这些电极之间设置槽。通过这样地构成，也能够防止各电极22a、24a以及26a(22b、24b以及26b)之间的电场干扰。另外，能够应用在半导体器件制造中使用的、以往公知的刻模或者干刻等技术，简单地制作该槽。
此外，在本实施方式中，说明了在光偏转器10设置有3个电极对22、24以及26的情况。但是，电极对的个数不限于3个。可根据设计取任意适当的个数。
此外，为了在第3区域20中产生与第1区域16或者第2区域18相同程度的深度方向的偏转，可使第3电极对26沿着光传播方向的长度比第1电极对22和第2电极对24的全长短。具体地说，可使第3电极对26沿着光传播方向的长度与光L在第1区域16或者第2区域18中实际传播的长度相同程度，优选的是，例如第1区域16和第2区域18的1/2左右。
(应用例)
接着，参照图7说明作为光偏转器10的应用例的光偏转器阵列。
图7是概略地表示光偏转器阵列的结构的立体图。
参照图7，光偏转器阵列28是在配置于基板上的作为大面积平行平板的电光物质13上并列装入多个实施方式1的光偏转器10(图2)而成的。这可通过在光偏转器10中仅在电光元件12的第1主面12c和第2主面12d设置电极来实现。即，在光偏转器10中，由于在第1主面12c和第2主面12d以外的侧面不存在电极等构造体，从而可在公共的电光物质13上装入多个光偏转器10。
这样，光偏转器10在第1主面12c和第2主面12d以外的侧面不具有电极等，因此能够简单地集成化。此外，光偏转器阵列28在制造时能够直接应用在半导体器件中使用的光刻技术，因此在成本方面优良。
(实施方式2)
参照图8～10说明实施方式2的光偏转器。
(构造)
图8是表示光偏转器的概略结构的立体图。另外，在图8中，为了防止附图变得繁杂，电极忽略厚度而描绘成平面。
本实施方式的光偏转器32除了电光物质12中形成的区域的形状和配置不同以外，与实施方式1的光偏转器10同样地构成。因此，以下主要说明它们的不同点。
光偏转器32具有电光物质12、和设置在电光物质12内部的3个作用区域34。
3个作用区域34沿着光L的传播方向在电光物质12中顺序设置。这些作用区域34从光的传播方向的上游侧起，按照第1区域36、第2区域38以及第3区域40的顺序配置。
第3区域40进一步被分割成2个子区域42和43。将这些子区域分别称作第1子区域42和第2子区域43。详情将在后面说明，第1子区域42和第2子区域43的形状相互全等，并且，各自的第1区域36和第2区域38的形状也全等。另外，第1子区域42和第2子区域43对应于上述“第3区域”。
在第1区域36上设置有第1表面电极44a和第1背面电极44b。以下，在无需特别区分两个电极44a和44b的情况下，称作“第1电极对44”。
第1表面电极44a的平面形状是等腰三角形，使其底边与光L的传播方向平行，设置在第1主面12c上。在此，将设置有第1表面电极44a的第1主面12c的区域称作“第1区域36的一个端面36a”。
第1背面电极44b的形状与第1表面电极44a全等，设置在第2主面12d上。即，第1背面电极44b被配置在与第1表面电极44a向第2主面12d的正投影相等的区域。在此，将设置有第1背面电极44b的第2主面12d的区域称作“第1区域36的另一个端面36b”。
这样，第1区域36是由第1表面电极44a和第1背面电极44b夹着的电光物质12的区域、即由一个端面36a和另一个端面36b之间的电光物质12构成的直三棱柱状的区域。
第1区域36具有与光L向第1区域36入射的入射界面对应的侧面即第1面36c。第1面36c位于电光物质12的一个端面12a侧，光L以直角以外的角度入射。
此外，第1区域36具有与光L从第1区域36出射的出射界面对应的侧面即第2面36d。第2面36d位于电光物质12的另一个端面12b侧。在该结构例中，第2面36d是相对于第1面36c不平行地延伸的侧面。来自第1面36c的光L在第2面36d以直角以外的角度出射。
此外，在第1区域36中，第1面36c和第2面36d以外的侧面36e与电光物质12的侧面平行地延伸。
在第2区域38上设置有第2表面电极46a和第2背面电极46b。以下，在无需特别区分两个电极46a和46b的情况下，称作“第2电极对46”。
第2表面电极46a的平面形状是与第1表面电极44a全等的等腰三角形，使其底边与光L的传播方向平行，设置在第1主面12c上。在此，将设置有第2表面电极46a的第1主面12c的区域称作“第2区域38的一个端面38a”。
第2背面电极46b的形状与第2表面电极46a全等，设置在第2主面12d上。即，第2背面电极46b被配置在与第2表面电极46a向第2主面12d的正投影相等的区域。在此，将设置有第2背面电极46b的第2主面12d的区域称作“第2区域38的另一个端面38b”。
这样，第2区域38是由第2表面电极46a和第2背面电极46b夹着的电光物质12的区域、即由一个端面38a和另一个端面38b之间的电光物质12构成的直三棱柱状的区域。
第2区域38具有与光L向第2区域38入射的入射界面对应的侧面即第3面38c。第3面38c位于电光物质12的一个端面12a侧，光L以直角以外的角度入射。
此外，第2区域38具有与光L从第2区域38出射的出射界面对应的侧面即第4面38d。第4面38d位于电光物质12的另一个端面12b侧。在该结构例中，第4面38d相对于第3面38c不平行地延伸。来自第3面38c的光L在第4面38d以直角以外的角度出射。
此外，在第2区域38中，第1面38c和第2面38d以外的侧面38e与电光物质12的侧面平行地延伸。
第3区域40包括第1子区域42和第2子区域43。
第1子区域42具有与第1区域36全等的立体形状，设置在将第1区域36在光L的传播方向上平行移动的位置。
在第1子区域42上设置有第1子表面电极48a和第1子背面电极48b。以下，在无需特别区分两个电极48a和48b的情况下，称作“第1子电极对48”。
第1子表面电极48a的平面形状是与第1表面电极44a全等的等腰三角形，使其底边与光L的传播方向平行，设置在第1主面12c上。在此，将设置有第1子表面电极48a的第1主面12c的区域称作“第1子区域42的一个端面42a”。
第1子背面电极48b的形状与第1子表面电极48a全等，设置在第2主面12d上。即，第1子背面电极48b被配置在与第1子表面电极48a向第2主面12d的正投影相等的区域。在此，将设置有第1子背面电极48b的第2主面12d的区域称作“第1子区域42的另一个端面42b”。
这样，第1子区域42是由第1子表面电极48a和第1子背面电极48b夹着的电光物质12的区域、即由一个端面42a和另一个端面42b之间的电光物质12构成的直三棱柱状的区域。
第1子区域42具有与光L向第1子区域42入射的入射界面对应的侧面即第1子面42c。第1子面42c位于电光物质12的一个端面12a侧，光L以直角以外的角度入射。另外，在此第1子面42c对应于上述“第3区域40的第5面”。
此外，第1子区域42具有与光L从第1子区域42出射的出射界面对应的侧面即第2子面42d。第2子面42d位于电光物质12的另一个端面12b侧。在该结构例中，第2子面42d相对于第1子面42c不平行地延伸。在第2子面42d中，来自第1子面42c的光L以直角以外的角度出射。
此外，在第1子区域42中，第1子面42c和第2子面42d以外的侧面42e与电光物质12的侧面平行地延伸。
第2子区域43具有与第2区域38全等的立体形状，设置在将第2区域38在光L的传播方向上平行移动的位置。
在第2子区域43上设置有第2子表面电极50a和第2子背面电极50b。以下，在无需特别区分两个电极50a和50b的情况下，称作“第2子电极对50”。
第2子表面电极50a的平面形状是与第2表面电极46a全等的等腰三角形，使其底边与光L的传播方向平行，设置在第1主面12c上。在此，将设置有第2子表面电极50a的第1主面12c的区域称作“第2子区域43的一个端面43a”。
第2子背面电极50b的形状与第2子表面电极50a全等，设置在第2主面12d上。即，第2子背面电极50b被配置在与第2子表面电极50a向第2主面12d的正投影相等的区域。在此，将设置有第2子背面电极50b的第2主面12d的区域称作“第2子区域43的另一个端面43b”。
这样，第2子区域43是由第2子表面电极50a和第2子背面电极50b夹着的电光物质12的区域、即由一个端面43a和另一个端面43b之间的电光物质12构成的直三棱柱状的区域。
第2子区域43具有与光L向第2子区域43入射的入射界面对应的侧面即第3子面43c。第3子面43c位于电光物质12的一个端面12a侧，光L以直角以外的角度入射。
此外，第2子区域43具有与光L从第1子区域43出射的出射界面对应的侧面即第4子面43d。第4子面43d位于电光物质12的另一个端面12b侧。在该结构例中，第4子面43d相对于第3子面43c不平行地延伸。此外，在第4子面43d中，来自第3子面43c的光L以直角以外的角度出射。另外，在此第4子面43d对应于上述“第3区域40的第6面”。
此外，在第2子区域43中，第3子面43c和第4子面43d以外的侧面43e与电光物质12的侧面平行地延伸。
(动作)
接着，参照图9说明光偏转器32的动作。
图9(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图9(B)是表示沿着图9(A)的线D的剖面切口的图。
图9(A)表示对第1电极对44的第1表面电极44a施加正电压，将第1背面电极44b接地，并且，将第1子表面电极48a接地，对第1子背面电极48b施加正电压的情况。
在该情况下，基于与实施方式1相同的理由，在第1区域36中，电光物质12的折射率在深度方向线性分布，即按照从第1表面电极44a向第1背面电极44b增加的方式分布。相反地，在第1子区域42中，电光物质12的折射率在深度方向线性分布，即按照从第1子表面电极48a向第1子背面电极48b减小的方式分布。
综上所述，第1区域36和第1子区域42的折射率减小到比周围的电光物质12小。
由此，如图9(A)所示，在水平方向上，入射到第1区域36的光L首先每当通过第1面36c和第2面36d时向图面左侧折射。即，在该情况下，在第1面36c(入射界面)和第2面36d(出射界面)的双方，光L在水平方向偏转。
从第1区域36出射的光不偏转地在第2区域38中直线前进，入射到第1子区域42。如上所述，第1子区域42的折射率也减小到比周围的电光物质12小，因此，光L在第1子面42c和第2子面42d中向图面左侧折射、出射。即，在该情况下，在第1子面42c(入射界面)和第2子面42d(出射界面)的双方，光L在水平方向偏转。
综上所述，在水平方向上，光L在第1区域36和第1子区域42向相同方向(图面左侧)偏转。
另一方面，如图9(B)所示，在深度方向上，在第1区域36中，光L按照在深度方向线性增加的折射率分布，向深度方向下侧折射，从第1区域36出射。而且，不偏转地在第2区域38中直线前进，入射到第1子区域42。不过，第1子区域42在深度方向上的折射率分布与第1区域36相反，在深度方向线性减小。由此，在第1子区域42中，光L向深度方向上侧折射。即，光L在第1子区域42受到与在第1区域36受到的向深度方向下侧的偏转相反方向的偏转。结果，光L不在深度方向偏转地从光偏转器32出射。
接着，参照图10说明对第1区域36和第2区域38施加相同方向的电场、且不对第1子区域42和第2子区域43施加电场的情况。
图10(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图10(B)是表示沿着图10(A)的线D的剖面切口的图。
如图10(A)和(B)所示，在对第1表面电极44a和第2表面电极46a施加正电压、将第1背面电极44b和第2背面电极46b接地、且不对第1子区域42和第2子区域43施加电场的情况下，光L不在水平方向偏转而仅向深度方向下侧大幅偏转。
虽然没有图示，但在与上述相反地施加电场的情况下，即，在将第1表面电极44a和第2表面电极46a接地、对第1背面电极44b和第2背面电极46b施加正电压、且不对第1子区域42和第2子区域43施加电场的情况下，光L不在水平方向偏转而仅向深度方向上侧大幅偏转。
接着，参照图11说明对第2区域38和第2子区域43施加相同方向的电场、且不对第1区域36和第1子区域42施加电场的情况。
图11(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图11(B)是表示沿着图11(A)的线D的剖面切口的图。
如图11(A)和图11(B)所示，在将第2表面电极46a和第2子表面电极50a接地、对第2背面电极46b和第2子背面电极50b施加正电压、且不对第1区域36和第1子区域42施加电场的情况下，可使光L向水平方向右侧且深度方向上侧偏转。
虽然没有图示，但在与上述相反地施加电场的情况下，即，在对第2表面电极46a和第2子表面电极50a施加正电压、将第2背面电极46b和第2子背面电极50b接地、且不对第1区域36和第1子区域42施加电场的情况下，可使光L向水平方向左侧且深度方向下侧偏转。
(效果、设计条件以及应用例)
这样构成的光偏转器32具有与实施方式1的光偏转器10相同的效果。
此外，在光偏转器32中，与光偏转器10的情况相同，为了防止电极的电场干扰，优选的是，使各电极隔开电光物质12的厚度以上，或者在各电极之间设置槽。
此外，与光偏转器10的情况相同，设置于光偏转器32的电极对44、46、48以及50不限于4对。可根据设计取任意适当的个数。例如，可以将电极对44、46、48以及50的组沿着光L的传播方向在电光物质12上顺序设置2组以上。
此外，光偏转器32与光偏转器10的情况相同，可进行阵列化。
(实施方式3)
以下，参照图12～图16说明实施方式3的光偏转器。
实施方式3的光偏转器在利用普克尔效应进行光偏转这一点上不同于实施方式1和2的光偏转器。
在此，“普克尔效应”是指介质的折射率与施加在该介质上的电场的强度成正比地变化的效应。
图12是表示光偏转器的概略结构的立体图。另外，在图12中，为了防止附图变得繁杂，电极忽略厚度而描绘成平面。
参照图12，光偏转器52具有电光物质54、和设置在电光物质54内部的2个以上的作用区域56。
光偏转器52除了以下列出的点之外，具有与实施方式1的光偏转器10相同的构造。
(1)作为电光物质54，使用电光系数在深度方向上线性分布的电光物质。
(2)相对于各表面电极62a和64a，仅公共设置1个背面电极66。
(3)不存在光偏转器10中设置的第3区域20。
(4)各表面电极62a、64a和背面电极66不是欧姆电极。或者，相对于载流子注入为相反偏置。
因此，以下主要说明它们的不同点。
电光物质54是两个端面54a和54b的平面形状为正方形状的四棱柱。端面54a成为向电光物质54输入沿着传播方向(图中箭头A)的光L的面。以下，将端面54a也称作“一个端面54a”。此外，端面54b成为从电光物质54输出光L的面。以下，将端面54b称作“另一个端面54b”。
此外，电光物质54具有形成有后述的第1表面电极62a和第2表面电极64a的第1主面54c、形成有后述的背面电极66的第2主面54d。以后，将从第1主面54c向第2主面54d的方向称作“深度方向”，在第1主面54c的面内，将与深度方向正交的方向称作“水平方向”。
在预先按照沿着深度方向使得电光系数的分布成为线性的方式形成这一点上，电光物质54不同于实施方式1和2的电光物质12。
更详细地说，电光物质54通过在深度方向改变组成等，预先使深度方向上的电光系数的分布线性增加。作为这样的材料，优选的是，例如可使用在KTa1-xNbxO3(其中，X满足0＜X＜1)中使X的值在深度方向上线性增加而成的材料。
在对这样的电光物质54施加电场时，根据普科尔效应，可利用施加电场的正负来控制折射率变化的方向。即，利用施加电场的正负，既可使电光物质的折射率分布在深度方向上线性增加(施加电压：正)，也可相反地使其线性减小(施加电压：负)。
另外，作为这样预先使电光系数在深度方向上线性变化而成的电光物质54，除了上述KTa1-xNbxO3以外，可使用使组成在深度方向上线性变化而成的、InGaAsP等化合物半导体。此外，作为电光物质54，可使用极化或者晶格反转区域占的比例在深度方向上线性变化的LiNbO3等材料。
作用区域56沿着光L的传播方向在电光物质54中顺序设置有2个。这些作用区域56从光的传播方向的上游侧起，按照第1区域58、第2区域60的顺序配置。
设置在第1区域58上的第1表面电极62a的平面形状是直角三角形，设置于第1主面54c上。在此，将设置有第1表面电极62a的第1主面54c的区域称作“第1区域58的一个端面58a”。此外，将由第1表面电极62a向第2主面54d的正投影给出的区域称作“第1区域58的另一个端面58b”。
第1区域58是由一个端面58a和另一个端面58b之间的电光物质54构成的直三棱柱状的区域。
第1区域58具有与光L向第1区域58入射的入射界面对应的侧面即第1面58c。第1面58c位于电光物质54的一个端面54a侧，光L垂直入射。
此外，第1区域58具有与光L从第1区域58出射的出射界面对应的侧面即第2面58d。第2面58d位于电光物质54的另一个端面54b侧。在该结构例中，第2面58d是沿着直角三角形的第1表面电极62a的斜边形成的侧面。此外，第2面58d相对于第1面58c不平行地延伸。在第2面58d中，来自第1面58c的光L以直角以外的角度出射。
此外，在第1区域58中，第1面58c和第2面58d以外的侧面58e与电光物质54的侧面平行地延伸。
设置在第2区域60上的第2表面电极64a是平面形状与第1表面电极62a全等的直角三角形，设置于第1主面54c上。在此，将设置有第2表面电极64a的第1主面54c的区域称作“第2区域60的一个端面60a”。此外，将由第2表面电极64a向第2主面54d的正投影给出的区域称作“第2区域60的另一个端面60b”。
第2区域60是由一个端面60a和另一个端面60b之间的电光物质54构成的直三棱柱状的区域。
第2区域60具有与光L向第2区域60入射的入射界面对应的侧面即第3面60c。第3面60c位于电光物质54的一个端面54a侧，是沿着第2表面电极64a的斜边形成的侧面，相对于第4面60d不平行地延伸，并且，光L以直角以外的角度入射。
此外，第2区域60具有与光L从第2区域60出射的出射界面对应的侧面即第4面60d。在该结构例中，第4面60d位于电光物质54的另一个端面54b侧。在第4面60d中，来自第3面60c的光L垂直出射。
此外，在第2区域60中，第3面60c和第4面60d以外的侧面60e与电光物质54的侧面平行地延伸。
在此，说明第1区域58和第2区域60的位置关系。这些区域58和60各自对应的面的形状全等，因此，各个区域58和60是大小相等的直三棱柱。
第1区域58的第1面58c与第2区域60的第4面60d平行地延伸。而且，第1区域58的第2面58d和第2区域60的第3面60c相互平行对置延伸。即，第1区域58和第2区域60配置成相互结合而实质上形成立方体。
背面电极66设置在电光物质54的第2主面54d的整个面上。该背面电极66相对于第1表面电极62a和第2表面电极64a而成为公共电极。
此外，为了更有效地产生普克尔效应，第1表面电极62a、第2表面电极64a和背面电极66按照与电光物质54的欧姆接触性变差的方式形成。更详细地说，作为第1表面电极62a、第2表面电极64a和背面电极66的材料，优选的是，例如Pt、Au等金属。而且，优选的是，例如采用光刻法将这些金属制作成第1表面电极62a、第2表面电极64a和背面电极66。
(动作)
以下，参照图13～图16说明光偏转器52的动作。
首先，参照图13说明对第1表面电极62a施加正电压、将背面电极66接地的情况。
图13(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图13(B)是从箭头B方向观察图13(A)的侧视图。
在对第1表面电极62a施加正电压的情况下，电光物质54的电光系数在深度方向、即从第1表面电极62a向背面电极66的方向线性增加。由此，根据由施加电场产生的普克尔效应，第1区域58的折射率分布变化成在深度方向线性增加的分布。
结果，第1区域58的折射率大于周围的电光物质54。由此，如图13(A)所示，在水平方向上，光L在第2面58d向图面左侧折射、即偏转。在该情况下，在第1面58c(入射界面)和第2面58d(出射界面)中的第2面58d，光L在水平方向偏转。
如图13(B)所示，在深度方向上，第1区域58的折射率随着深度而线性增加，因此，光L在通过第1区域58的过程中，向深度方向下侧折射、即偏转。
接着，参照图14说明对第1表面电极62a施加负电压、将背面电极66接地的情况。
图14(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图14(B)是从箭头B方向观察图14(A)的侧视图。
在该情况下，根据普克尔效应，第1区域58的折射率分布变化成在深度方向、即从第1表面电极62a向背面电极66的方向线性减小的分布。
其结果，第1区域58的折射率小于周围的电光物质54。由此，如图14(A)所示，在水平方向上，光L在第2面58d向图面右侧折射、即偏转。在该情况下，在第1面58c(入射界面)和第2面58d(出射界面)中的第2面58d，光L在水平方向偏转。
如图14(B)所示，在深度方向上，第1区域58的折射率随着深度加深而线性减小，因此，光L在通过第1区域58的过程中，向深度方向上侧折射、即偏转。
接着，参照图15说明组合使用第1表面电极62a和第2表面电极64a的情况。
图15(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图15(B)是表示沿着图15(A)的线D的剖面切口的图。
考虑对第1表面电极62a和第2表面电极64a施加符号为正、大小相等的电场的情况。在该情况下，第1表面电极62a和第2表面电极64a协同工作，可以说，起到与单一的长方形电极等同的作用。
由此，如图15(A)所示，光L在水平方向不偏转地直线前进。与此相对，如图15(B)所示，在深度方向上，第1区域58和第2区域60的折射率分布相互相等并且随着深度而增加。即，在第1区域58和第2区域60中，折射率从第1主面54c向第2主面54d增加。其结果，光L在第1区域58和第2区域60的两个区域分别向深度方向下侧偏转。由此，深度方向上的偏转程度大于图13(B)的情况。
虽然没有图示，但对第1表面电极62a和第2表面电极64a施加符号为负、大小相等的电场的情况也相同，光L不在水平方向偏转而向深度方向上侧大幅偏转。
接着，参照图16说明对第1表面电极62a施加正电压、且对第2表面电极64a施加大小与对第1表面电极62a施加的电压相同但符号为负的电压的情况。
图16(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图，图16(B)是表示沿着图16(A)的线D的剖面切口的图。
在该情况下，如图16(B)所示，在深度方向上，第1区域58的折射率分布和第2区域60的折射率分布相互抵消。其结果，在深度方向上，不产生光L的偏转。
与此相对，如图16(A)所示，在水平方向上，第1区域58的折射率大于周围的电光物质54。其结果，光L在第1区域58的第2面58d向图面左侧偏转。并且，第2区域60的折射率小于周围的电光物质54，因此，光L在第3面60c和第4面60d进一步向图面左侧偏转。
结果，在该情况下，光L不在深度方向偏转而在水平方向向图面左侧大幅偏转。
虽然没有图示，但对第1表面电极62a施加负电压、且对第2表面电极64a施加大小与对第1表面电极62a施加的电压相同但符号为正的电压的情况也与上述相同。即，光L不在深度方向偏转而在水平方向向图面右侧大幅偏转。
(效果、设计条件以及应用例)
该实施方式的光偏转器52具有与实施方式1的光偏转器10相同的效果。
并且，利用普克尔效应使光L偏转的光偏转器52，能够以少于利用克尔效应的光偏转器10和32的电极数使光L在相同程度的角度范围内偏转。
在光偏转器52中，与光偏转器10的情况相同，为了防止电极的电场干扰，优选的是，使各电极隔开电光物质54的厚度以上，或者在各电极之间设置槽。
此外，与光偏转器10的情况相同，设置于光偏转器52的第1表面电极62a和第2表面电极64a不限于2个。可根据设计取任意适当的个数。例如，可以将电极62a和64a组成的电极对沿着光L的传播方向在电光物质12上顺序设置2组。此外，例如也可以交错地顺序排列实施方式2的光偏转器32那样的等腰三角形状的表面电极。
此外，光偏转器52与光偏转器10的情况相同，可进行阵列化。
此外，在本实施方式中，说明了将背面电极66设为相对于第1表面电极62a和第2表面电极64a的公共电极而设置在第2主面54d的整个面上的情况。但是，如实施方式1和2所示，背面电极66可以针对第1表面电极62a和第2表面电极64a分别设置1个。通过这样地构成，光偏转器52也可起到上述效果。
(实施方式4)
以下，参照图17～图21说明实施方式4的光偏转器。
图17是表示光偏转器的概略结构的立体图。另外，在图17中，为了防止附图变得繁杂，电极忽略厚度而描绘成平面。
实施方式4的光偏转器70除了电光物质54中设置的第1区域72和第2区域74的形状不同以外，与实施方式3的光偏转器52相同。因此，以下主要说明该不同点。
参照图17，在光偏转器70中，第1区域72和第2区域74沿着光L的传播方向在电光物质54中顺序设置有2个。这些区域72和74从光的传播方向的上游侧起，按照第1区域72和第2区域74的顺序配置。
在第1区域72中设置有第1表面电极76a。第1表面电极76a的平面形状是等腰三角形，使其底边与光L的传播方向平行，设置于第1主面54c上。
在此，将设置有第1表面电极76a的第1主面54c的区域称作“第1区域72的一个端面72a”。此外，将由第1表面电极76a向第2主面54d的正投影给出的区域称作“第1区域72的另一个端面72b”。
第1区域72是由一个端面72a和另一个端面72b之间的电光物质54构成的直三棱柱状的区域。
第1区域72具有与光L向第1区域72入射的入射界面对应的侧面即第1面72c。第1面72c位于电光物质54的一个端面54a侧，相对于第2面72d不平行地延伸，并且，光L以直角以外的角度入射。
此外，第1区域72具有与光L从第1区域72出射的出射界面对应的侧面即第2面72d。在该结构例中，第2面72d位于电光物质54的另一个端面54b侧。来自第1面72c的光L在第2面72d以直角以外的角度出射。
此外，在第1区域72中，第1面72c和第2面72d以外的侧面72e与电光物质54的侧面平行地延伸。
在第2区域74中设置有第2表面电极78a。第2表面电极78a的平面形状是长方形，使相互对置的2条边与光L的传播方向垂直交叉，设置于第1主面54c上。
在此，将设置有第2表面电极78a的第1主面54c的区域称作“第2区域74的一个端面74a”。此外，将由第2表面电极78a向第2主面54d的正投影给出的区域称作“第2区域74的另一个端面74b”。
第2区域74是由一个端面74a和另一个端面74b之间的电光物质54构成的长方体状的区域。
第2区域74具有与光L向第2区域74入射的入射界面对应的侧面即第3面74c。第3面74c位于电光物质54的一个端面54a侧，相对于第4面74d平行地延伸，并且，光L以直角入射。
此外，第2区域74具有与光L从第2区域74出射的出射界面对应的侧面即第4面74d。在该结构例中，第4面74d位于电光物质54的另一个端面54b侧。在第4面74d中，来自第3面74c的光L以直角出射。
此外，在第2区域74中，第1面74c和第2面74d以外的侧面74e和74f与电光物质54的侧面平行地延伸。
在此，说明第1区域72和第2区域74的位置关系。
第1区域72的第1面72c和第2面72d相互不平行地延伸。此外，第2区域74的第3面74c和第4面74d相互平行地延伸。
(动作)
以下，参照图18～图21说明光偏转器70的动作。
首先，参照图18说明对第1表面电极76a施加正电压的情况。
图18(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图18(B)是从箭头B方向观察图18(A)的侧视图。
在该情况下，电光物质54的电光系数在深度方向上线性增加，因此，根据普克尔效应，第1区域72的折射率分布变化成在深度方向、即从第1表面电极76a向背面电极66的方向上线性增加的分布。
其结果，第1区域72的折射率大于周围的电光物质54。由此，如图18(A)所示，在水平方向上，光L每当通过第1面72c和第2面72d时向图面左侧折射、即偏转。即，在该情况下，在第1面72c(入射界面)和第2面72d(出射界面)的双方，光L在水平方向偏转。
如图18(B)所示，在深度方向上，第1区域72的折射率随着深度而线性增加，因此，光L在通过第1区域72的过程中，向深度方向下侧折射、即偏转。
接着，参照图19说明对第1表面电极76a施加负电压的情况。
图19(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器的俯视图。图19(B)是从箭头B方向观察图19(A)的侧视图。
在该情况下，根据普克尔效应，第1区域72的折射率分布变化成在深度方向上线性减小的分布。
其结果，第1区域72的折射率小于周围的电光物质54。由此，如图19(A)所示，在水平方向上，光L每当通过第1面72c和第2面72d时向图面右侧折射、即偏转。即，在该情况下，在第1面72c(入射界面)和第2面72d(出射界面)的双方，光L在水平方向偏转。
如图19(B)所示，在深度方向上，第1区域72的折射率随着深度而线性减小，因此，光L在通过第1区域72的过程中，向深度方向上侧折射、即偏转。
接着，参照图20和图21说明对第1表面电极76a和第2表面电极78a施加预定电场的情况。
首先，参照图20(A)和(B)，说明对第1表面电极76a和第2表面电极78a施加符号相同的电场的情况。
图20(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器70的俯视图。图20(B)是从箭头B方向观察图20(A)的侧视图。另外，在这些附图中，假定对第1表面电极76a和第2表面电极78a双方都施加正电压的情况。
在该情况下，在第1区域72中，如图18(A)所示，光L在水平方向上向图面左侧且在深度方向上向下侧折射，向第2区域74出射。
此外，第2区域74的第3面74c和第4面74d平行延伸。由此，如图20(A)所示，与第2区域74的折射率的大小无关地，从第1区域72入射到第2区域74的光L不在水平方向偏转。
另一方面，第2区域74在深度方向上具有与第1区域72相同的折射率分布。即，第2区域74的折射率随着深度而线性增加。因此，如图20(B)所示，光L按照第2区域74的折射率分布在深度方向上向下侧偏转。
综上所述，在该情况下，在水平方向上光L与仅对第1表面电极76a施加电场时同样地偏转，在深度方向上光L比仅对第1表面电极76a施加电场时更大幅度地偏转。
接着，参照图21(A)和(B)，说明对第1表面电极76a和第2表面电极78a施加符号不同的电场的情况。
图21(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器70的俯视图。图21(B)是从箭头B方向观察图21(A)的侧视图。另外，在这些附图中，假定对第1表面电极施加正电场、且对第2表面电极施加负电场的情况。
在该情况下，在第1区域72中，如图19(A)所示，光L在水平方向上向图面左侧且在深度方向上向下侧折射，向第2区域74出射。
此外，第2区域74的第3面74c和第4面74d平行延伸。由此，如图21(A)所示，与第2区域74的折射率的大小无关地，从第1区域72入射到第2区域74的光L不在水平方向偏转。
另一方面，第2区域74在深度方向上具有与第1区域72相反的折射率分布。即，第2区域74的折射率随着深度变深而线性减小。因此，如图21(B)所示，光L按照第2区域74的折射率分布在深度方向上向上侧偏转。由此，第1区域72的偏转方向和第2区域74的偏转方向相互抵消，在深度方向上光L不偏转。
综上所述，在该情况下，光L在水平方向上与仅对第1表面电极76a施加电场时同样地偏转，且在深度方向上不偏转。
(效果、设计条件以及应用例)
该实施方式的光偏转器70具有与实施方式1的光偏转器10相同的效果。
并且，利用普克尔效应使光L偏转的光偏转器70，能够以比利用克尔效应的光偏转器10和32少的电极数使光L在相同程度的角度范围内偏转。
在光偏转器70中，与光偏转器10的情况相同，为了防止电极的电场干扰，优选的是，使各电极隔开电光物质54的厚度以上，或者在各电极之间设置槽。
此外，与光偏转器10的情况相同，设置于光偏转器70的第1表面电极76a和第2表面电极78a不限于2个。可根据设计取任意适当的个数。
此外，光偏转器70与光偏转器10的情况相同，可进行阵列化。
此外，背面电极可以如实施方式1和2所示，针对第1表面电极76a和第2表面电极78a分别设置1个。
(实施方式5)
以下，参照图22～图24说明实施方式5的光偏转器。
(构造)
图22是表示本实施方式的光偏转器的概略结构的立体图。另外，在图22中，为了防止附图变得繁杂，电极忽略厚度而描绘成平面。
在不仅在第1主面12c和第2主面12d上设置电极而且还在电光物质12的两个侧面设置电极这一点上，实施方式5的光偏转器80不同于此前说明的光偏转器。
参照图22，光偏转器80具有电光物质12、和设置在电光物质12内部的2个以上的区域82。
电光物质12与实施方式1和2中说明的相同。不过，在本实施方式的电光物质中，还在与第1主面12c和第2主面12d正交的左侧面12e和右侧面12f设置有后述的电极88a和88b。
区域82具有第1区域84和第2区域86。这些区域84和86沿着光L的传播方向顺序配置。详情将在后面说明，第1区域84和第2区域86各自的电场方向正交。
在第1区域84中设置有左侧面电极88a和右侧面电极88b。以下，在无需特别区分两个电极88a和88b的情况下，称作“侧面电极对88”。
左侧面电极88a的平面形状是长方形，设置在左侧面12e上。在此，将设置有左侧面电极88a的左侧面12e的区域称作“第1区域84的一个端面84a”。
右侧面电极88b的形状与左侧面电极88a全等，设置在右侧面12f上。即，右侧面电极88b被配置在与左侧面电极88a向右侧面12f的正投影相等的区域。在此，将设置有右侧面电极88b的右侧面12f的区域称作“第1区域84的另一个端面84b”。
这样，第1区域84是由左侧面电极88a和右侧面电极88b夹着的电光物质12的区域、即由一个端面84a和另一个端面84b之间的电光物质12构成的长方体的区域。
通过对左侧面电极88a和右侧面电极88b施加预定的电压，在电光物质12的第1区域84形成水平方向的电场。
即，通过对侧面电极对88施加电场，能够使电光物质12的折射率分布沿着水平方向线性变化。由此，在第1区域84中，能够使光L沿着水平方向偏转。
在第2区域86中设置有表面电极90a和背面电极90b。以下，在无需特别区分两个电极90a和90b的情况下，称作“主面电极对90”。
表面电极90a的平面形状是长方形，设置在第1主面12c上。在此，将设置有表面电极90a的第1主面12c的区域称作“第2区域86的一个端面86a”。
背面电极90b的形状与表面电极90a全等，设置在第2主面12d上。即，背面电极90b被配置在与表面电极90a向第2主面12d的正投影相等的区域。在此，将设置有背面电极90b的第2主面12d的区域称作“第2区域86的另一个端面86b”。
这样，第2区域86是由表面电极90a和背面电极90b夹着的电光物质12的区域、即由一个端面86a和另一个端面86b之间的电光物质12构成的长方体的区域。
通过对表面电极90a和背面电极90b施加预定的电压，在电光物质的第2区域86形成深度方向的电场。
即，通过对主面电极对90施加电场，能够使电光物质12的折射率分布沿着深度方向线性变化。由此，在第2区域86中，能够使光L沿着深度方向偏转。
(动作)
接着，参照图23和图24说明光偏转器80的动作。
首先，参照图23(A)和(B)，说明对左侧面电极88a施加正电压且将右侧面电极88b接地、对表面电极90a施加正电压且将背面电极90b接地的情况。
在此，图23(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器80的俯视图。图23(B)是从箭头B方向观察图23(A)的侧视图。
在该情况下，基于与实施方式1中说明的相同的理由，在第1区域84中，折射率分布按照从左侧面电极88a向右侧面电极88b线性增加的方式分布。由此，如图23(A)所示，在第1区域84中，光L不在深度方向偏转而仅在水平方向向图面右侧偏转。
此外，在第2区域86中，折射率分布按照从表面电极90a向背面电极90b线性增加的方式分布。由此，如图23(B)所示，在第2区域86中，经过第1区域84入射到第2区域86的光L不在水平方向偏转而仅向深度方向下侧偏转。
即，在该情况下，光L向水平方向右侧且深度方向下侧偏转。
接着，参照图24(A)和(B)，说明将左侧面电极88a接地且对右侧面电极88b施加正电压、将表面电极90a接地且对背面电极90b施加正电压的情况。
在此，图24(A)是用于说明光L的传播路径的光偏转器80的俯视图。图24(B)是从箭头B方向观察图24(A)的侧视图。
在该情况下，在第1区域84中，折射率分布按照从左侧面电极88a向右侧面电极88b线性减小的方式分布。由此，如图24(A)所示，在第1区域84中，光L不在深度方向偏转而仅在水平方向向图面左侧偏转。
此外，在第2区域86中，折射率分布按照从表面电极90a向背面电极90b线性减小的方式分布。由此，如图24(B)所示，在第2区域86中，经过第1区域84入射到第2区域86的光L不在水平方向偏转而仅向深度方向上侧偏转。
即，在该情况下，光L向水平方向左侧且深度方向上侧偏转。
(效果)
这样，在本实施方式的光偏转器80中，能够利用在电光物质12的第1主面12c和第2主面12d、左侧面12e和右侧面12f上设置电极这样的简单结构，使光L在三维方向偏转。

Claims (16)

1.一种光偏转器，其特征在于，
该光偏转器具有电光物质的作用区域，该作用区域的折射率分布随着被施加电场而沿着该电场的方向线性变化，
通过在该作用区域的光的入射界面和光从该作用区域出射的出射界面的双方或者任意一方的、与上述电场的方向正交的面内的上述光的折射和上述光按照上述折射率分布的折射，使上述光偏转。
2.根据权利要求1所述的光偏转器，其特征在于，
上述电光物质是上述折射率根据克尔效应而变化的材料，
上述作用区域在上述光的传播方向顺序地至少设置成第1区域、第2区域以及第3区域，
上述第1区域具有与上述光的入射界面对应的第1面、和与上述光的出射界面对应且与该第1面不平行的第2面，
上述第2区域具有与上述光的入射界面对应的第3面、和与上述光的出射界面对应且与该第3面不平行的第4面，
上述第3区域具有与上述光的入射界面对应的第5面、和与上述光的出射界面对应的第6面，
上述第1面和上述第4面相互平行，并且，上述第2面和上述第3面相互平行对置，并且，上述第5面和上述第6面平行。
3.根据权利要求2所述的光偏转器，其特征在于，
上述第1区域具有平面形状相互全等的三角形状的第1端面和第2端面，该第1端面和第2端面与上述第1面和第2面正交且相互平行地隔开设置，
上述第2区域具有平面形状相互全等的三角形的第3端面和第4端面，该第3端面和第4端面与上述第3面和第4面正交且相互平行地隔开设置，
在上述第1区域和第2区域中，上述第2面和上述第3面平行对置配置，由两个区域相互结合而形成底面为平行四边形的长方体。
4.根据权利要求2或3所述的光偏转器，其特征在于，
上述第3区域具有与上述第5面和第6面正交且相互平行地隔开设置的第5端面和第6端面，上述第3区域是底面为平行四边形的长方体。
5.根据权利要求2或3所述的光偏转器，其特征在于，
上述第3区域具有形状与上述第1区域和第2区域相同的第1副区域和第2副区域这2个区域。
6.根据权利要求2～5中的任意一项所述的光偏转器，其特征在于，
在上述第1区域的第1端面和第2端面上分别设置有第1表面电极和第1背面电极，
在上述第2区域的第3端面和第4端面上分别设置有第2表面电极和第2背面电极，
在上述第3区域的第5端面和第6端面上分别设置有第3表面电极和第3背面电极。
7.根据权利要求1所述的光偏转器，其特征在于，
上述电光物质按照电光系数的分布沿着上述电场的方向成为线性的方式预先形成，上述电光物质由在被施加上述电场时，根据普克尔效应，折射率沿着上述电场的方向线性变化的材料构成，
上述作用区域在上述光的传播方向顺序设置成第1区域和第2区域，
上述第1区域具有与上述光的入射界面对应的第1面、和与上述光的出射界面对应且与该第1面不平行的第2面，
上述第2区域具有与上述光的入射界面对应的第3面、和与上述光的出射界面对应的第4面，
在上述第1～第4面之间，以下任意一个条件成立，
条件1：上述第1面和上述第4面平行对置，并且，上述第2面和上述第3面相互平行对置；
条件2：上述第3面和上述第4面平行。
8.根据权利要求7所述的光偏转器，其特征在于，
上述第1区域具有与上述第1面和第2面正交且相互平行地隔开设置的第1端面和第2端面，上述第2区域具有与上述第3面和第4面正交且相互平行地隔开设置的第3端面和第4端面，
在上述条件1成立时，上述第1区域和第2区域是端面的平面形状相互全等的三角形，
在上述第1区域和第2区域中，上述第2面和上述第3面对置配置，由两个区域相互结合而形成端面的平面形状为平行四边形的长方体。
9.根据权利要求8所述的光偏转器，其特征在于，
上述作用区域还具有第3区域和第4区域，该第3区域和第4区域具有与上述第1区域和第2区域的形状和配置分别相同的形状和配置，
该第3区域和第4区域相对于上述第1区域和第2区域的顺序配置，在上述光的传播方向顺序配置。
10.根据权利要求7所述的光偏转器，其特征在于，
在上述条件2成立时，上述第1区域的第1端面和第2端面的平面形状是三角形，上述第2区域的第3端面和第4端面的平面形状是平行四边形。
11.根据权利要求7～10中的任意一项所述的光偏转器，其特征在于，
在上述第1区域的第1端面和第2端面上分别设置有第1表面电极和第1背面电极，
在上述第2区域的第3端面和第4端面上分别设置有第2表面电极和第2背面电极。
12.根据权利要求7～10中的任意一项所述的光偏转器，其特征在于，
在上述第1区域的第1端面设置有第1表面电极，在上述第2区域的第3端面设置有第2表面电极，
上述第1区域的第2端面和上述第2区域的第4端面位于上述电光物质的面内，
在该电光物质的面上设置有上述第1区域和第2区域公共的公共背面电极。
13.根据权利要求7～12中的任意一项所述的光偏转器，其特征在于，
上述电光物质的组成按照折射率沿着上述电场方向的变化成为线性的方式变化。
14.根据权利要求7～12中的任意一项所述的光偏转器，其特征在于，
上述电光物质的极化或者晶格反转区域占的比例，按照折射率沿着上述电场方向的变化成为线性的方式变化。
15.一种光偏转器阵列，其特征在于，该光偏转器阵列是由在基板上排列多个权利要求1～14中的任意一项所述的光偏转器而成的。
16.一种光偏转器，其特征在于，
该光偏转器具有根据克尔效应能够通过施加电场使折射率分布沿着该电场的方向线性变化的电光物质的作用区域、即各自的上述电场的方向正交的第1区域和第2区域，
通过按照上述第1区域的光的入射界面和出射界面之间的上述折射率分布的上述光的折射、和按照上述第2区域的光的入射界面和出射界面之间的上述折射率分布的上述光的折射，使上述光三维偏转。
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