特許 5700687 光学体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5700687

(24)【登録日】2015年2月27日

(45)【発行日】2015年4月15日

(54)【発明の名称】光学体

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20150326BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/01 F

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-535387(P2011-535387)

(86)(22)【出願日】2010年10月4日

(86)【国際出願番号】JP2010067393

(87)【国際公開番号】WO2011043309

(87)【国際公開日】20110414

【審査請求日】2013年10月2日

(31)【優先権主張番号】特願2009-233123(P2009-233123)

(32)【優先日】2009年10月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095577

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 富雅

(72)【発明者】

【氏名】井上 光輝

(72)【発明者】

【氏名】後藤 太一

(72)【発明者】

【氏名】山口 貴志

【審査官】 川口 聖司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０００８３９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／０７７９３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−３１１４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５１７３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９１９１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／０１

Ｇ０２Ｆ １／０３

Ｇ０２Ｆ １／０９

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣｉＮｉｉ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反射層からなる第一の層及び第二の層、並びに光機能層を備え、前記第一の層から入射した光を変調して前記第一の層から出射する光学体であって、
前記光機能層として屈折率可変層と磁気光学材料層とを含み、
前記屈折率可変層は前記第一の層と前記第二の層との間に位置し、
前記磁気光学材料層はファラディ効果を生じ、前記屈折率可変層からみて前記第二の層と反対側に位置し、
前記磁気光学材料層も前記第一の層と前記第二の層の間に配置される、光学体。

【請求項2】

前記屈折率可変層の屈折率を制御する屈折率制御手段が更に備えられる、請求項１に記載の光学体。

【請求項3】

前記屈折率可変層は電界によりその屈折率が変化される電気光学材料からなり、前記屈折率制御手段は前記屈折率可変層へ与える電界を制御する、請求項２に記載の光学体。

【請求項4】

前記屈折制御整手段は前記屈折率可変層を挟む一対の透光性電極からなる、請求項３に記載の光学体。

【請求項5】

前記磁気光学材料層は強磁性体材料からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の光学体。

【請求項6】

前記磁気光学材料層はＴＡＧ若しくはＴＧＧである、請求項１〜５のいずれかに記載の光学体。

【請求項7】

前記磁気光学材料層は前記第一の層に対向し、前記屈折率可変層は前記第二の層に対向し、前記磁気光学材料層と前記屈折率可変層との間及び該屈折率可変層と前記第二の層との間に透光性電極層が介在され、
前記屈折率可変層は電界によりその屈折率が変化する材料からなる、請求項１に記載の光学体。

【請求項8】

前記第一の層が透光性の基板の一面に積層される、請求項７に記載の光学体。

【請求項9】

請求項８に記載の光学体と、
前記第二の層の上に積層され、前記一対の透光性電極へ印加する電位を制御する半導体機能層と、
を備える、光変調装置。

【請求項10】

前記光学体の基板に対向する光導入部及び放射光処理部が備えられる、請求項９に記載の光変調装置。

【請求項11】

反射層からなる第一の層及び第二の層、並びに光機能層を備え、前記第一の層から入射した光を変調して前記第一の層から出射する光学体であって、
前記光機能層として屈折率可変層を含み、
前記屈折率可変層は該第一の層と第二の層との間に位置し、
前記第二の層の表面は、直線偏光光が干渉するとこれを右円偏光光と左円偏光光とに変換し、前記右円偏光光と前記左円偏光光とには位相差が生じている磁気光学カー効果を有する、光学体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光学体の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

第一の層と第二の層との間に光機能層を介在させる構成の光学体が特許文献１に開示されている。光機能層として、印加した電界により屈折率を制御可能なＰＬＺＴ等の電気光学材料が用いられている。第一の層と第二の層はそれぞれ反射層であり、両者で共振器が構成される。即ち、第一の反射層から入射された光はこの第一の反射層と第二の反射層との間で多重反射され、第一の反射層から出射される。この共振器の共振波長は光機能層の屈折率を変化させることで制御される。従って、光機能層へ印加する電界を制御し、もって光機能層の屈折率を変化させることにより、第一の反射層側から入射された光の反射量、即ち第一の反射層から出射される光の強さが制御可能となる（特許文献１の図４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−２０１４７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の光学体は電気光学材料へ印加する電界を制御することにより、入射光に対する反射率を制御するものである。これにより、入射光に対する出射光の強度を変調可能となる。
入射光に対する変調の要請は、その強度変調ばかりでなく、その位相や、直線偏光光の場合はその偏光面の回転角の変調も注目されている。
しかしながら、偏光光の位相を、短時間で、任意に変調する光学体はいまだ提案されていない。
また、直線偏光光の偏光面の角度についても、これを短時間で任意の角度に変調可能な光学体はいまだ提案されていない。
例えば一対の反射層間に磁気光学効果（ファラディ効果）を有する磁性体材料からなる光機能層を介在させ、一方の反射層から直線偏光光を入射すると、光機能層の磁気光学効果に応じて直線偏光光の偏光面の角度が変調される。しかしながら、偏光面の変調角度は光機能層の磁気光学効果の大きさに依存するので、一般的に変調角度は固定されており、変調角度も小さなものに限定される。光機能層へ印加する磁場方向を切り換えることで光機能層を構成する材料の磁化方向を変更し、もって偏光面の傾斜角度に変化を与えることが可能である。しかし、磁場の方向の切換えをリニアに行うことは困難である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この発明は上記課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。
この発明の第一の局面は次のように規定される。
反射層からなる第一の層及び第二の層、並びに光機能層を備え、前記第一の層から入射した光を変調して前記第一の層から出射する光学体であって、
前記光機能層として屈折率可変層と磁気光学材料層とを含み、
前記屈折率可変層は前記第一の層と前記第二の層との間に位置し、
前記磁気光学材料層はファラディ効果を生じ、前記屈折率可変層からみて前記第二の層と反対側に位置する、光学体。

【0006】

このように規定される光学体よれば、一つのデバイス中に磁気光学材料層と屈折率可変層とが共存するので、直線偏光光を入射光として第一の層側から入射すると、直線偏光光は磁気光学材料層と干渉して楕円偏光光（右回り「右円偏光光」及び左回り「左円偏光光」）に変換される。この右円偏光光と左円偏光光とには位相差がある。屈折率可変層の位相差を制御することによりこの位相差を変更可能となる。

【0007】

ここに、屈折率可変層を光機能層として、第一の層と第二の層の間に配置し（第二の局面）、右円偏光光と左円偏光光とを第一の層と第二の層の間で多重反射させると当該位相差が増幅される。したがって、磁気光学材料層の磁気光学効果により生じた右円偏光光と左円偏光光との位相差が僅かなものであっても、第一の層から出射する際には当該位相差は有意な大きさとなる。このように増幅された右円偏光光と左円偏光光との位相差は磁気光学材料出射時に直線偏光光に戻り、その偏光面の角度は当該位相差に応じて回転する。したがって、入射光に対して出射光は偏光面の回転角度が変調されたこととなる。
ここにおいて、屈折率可変層の屈折率を制御すれば、入射光に対する出射光の偏光面の回転角度変調を大きな範囲において、任意に制御可能となる。
より具体的には、直線偏光光を入射光としたときには屈折率可変層の屈折率を制御することにより、入射光の振幅を維持した状態で、放射光（直線偏光光）の偏光面の角度を±１８０度の範囲で変調可能である。
同様に、この光学体へ楕円偏光光を入射すると屈折率可変層により出射光の位相が有意に変えられる。このとき、出射光の出力強度は実質的に一定に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１はこの発明の実施の形態の光学体の構造を示す模式図である。この明細書において、以下、各図において同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略することがある。

【図2】図２は他の実施の形態の光学体の構造を示す模式図である。

【図3】図３は他の実施の形態の光学体の構造を示す模式図である。

【図4】図４は他の実施の形態の光学体の構造を示す模式図である。

【図5】図５は他の実施の形態の光学体の構造を示す模式図である。

【図6】図６は実施の形態の光変調装置の構造を示す模式図である。

【図7】図７は他の実施の形態の光変調装置の構造を示す模式図である。

【図8】図８は実施例の光学体の構造を示す模式図である。

【図9】図９は図８の実施例の光学体の光学特性（波長−回転角）を示すグラフである。

【図10】図１０は図８の実施例の光学体の他の光学特性（波長−反射率）を示すグラフである。

【図11】図１１は図８の実施例の光学体の他の光学特性（電圧−回転角、電圧−位相）を示すグラフである。

【図12】図１２は図８の実施例の光学体の他の光学特性（電圧−反射率）を示すグラフである。

【図13】図１３は他の実施例の光学体の構造を示す模式図である。

【図14】図１４は図１３の実施例の光学体の光学特性（電圧−回転角）を示すグラフである。

【図15】図１５は図１３の実施例の光学体の他の光学特性（電圧−反射率）を示すグラフである。

【図16】図１６は他の実施例の光学体の構造を示す模式図である。

【図17】図１７は図１６の実施例の光学体の光学特性（電圧−位相差）を示すグラフである。

【図18】図１８は図１６の実施例の光学体の他の光学特性（電圧−反射率）を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

上記において第一の層と第二の層は反射層とすることが好ましい。第一の層と第二の層との間で光を多重反射させることにより光の変調を増幅できるからである。
光を入出射する第一の層はハーフミラー層（第一の反射層）とし、対向する第二の層は全反射層（第二の反射層）とすることが好ましいが、第二の反射層は必ずしも全反射層に限定されるものではない。
第一の反射層及び第二の反射層は金属層若しくは誘電体多層膜層（ブラッグミラー層）とすることができる。
反射層を構成する金属層としては、アルミニウム、白金、金、銀及びこれらの合金の短層膜若しくは複層膜を挙げることができる。

【0010】

反射層としてブラッグミラー層を採用する場合、誘電体他多層膜の繰り返し単位を構成する誘電体層のペアの材質及び膜厚はブラッグの反射条件（ｄ＝λ/４：ここに、λは各層の光学波長、ｄは各層の膜厚）を満足することを条件に、入射光の波長や用途に応じて任意に選択できる。具体的には、誘電体層のペアとして酸化シリコン（ＳｉＯ_２）と酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）との組合せ、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）とシリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等が挙げられる。
誘電体層ペアの繰返し数も任意に選択可能であるが、第一の反射層と第二の反射層とで同じ誘電体ペアを採用するときは、第一の反射層の繰返し数より第二の反射層の繰返し数が大きいものとする。誘電体層のペアとして酸化シリコン（ＳｉＯ_２）と酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）との組合せを採用したときは、第一の反射層は３ペア以上、第二の反射層は５ペア以上とすることが好ましい。更に好ましくは、第一の反射層は５ペア以上、第二の反射層は７ペア以上とする。

【0011】

第一の層と第二の層との間隔は、ｍ×λ/２（ここに、ｍは自然数、λは第一の層と第二の層との間の光学波長）とする。これにより、第一の層と第二の層との間隔が光学波長の節の幅と一致する。
ここに光学波長はλ_０／ｎで規定される。λ_０は真空における入射光の波長、ｎは実効屈折率である。第一の層と第二の層との間に１種類の材料層のみが介在されるとき、実効屈折率ｎは当該材料の屈折率に等しい。第一の層と第二の層との間に複数の材料層が介在するときは、複数の異なる材料が連続する層を１つの材料の１つの層と見なしたときの屈折率である。例えば、連続する２層の片方の屈折率と膜厚をｎ_１、ｄ_１とし、もう片方をｎ_２、ｄ_２としたとき、（ｎ_１×ｄ_１＋ｎ_２×ｄ_２）/（ｄ_１＋ｄ_２）が連続する２層の実行屈折率となる。

【0012】

設計容易性の観点からは、第一の層と第二の層の間に複数の層が介在される場合は、各層の厚さを各層の光学波長／２の自然数倍とすることが好ましい。例えば、第一の層と第二の層との間に層Ａ及び層Ｂが介在される場合、層Ａ及び層Ｂの厚さをそれぞれｍ_１×λ_Ａ/２、ｍ_２×λ_Ｂ/２とする。ここに、λ_Ａは層Ａの光学波長、λ_Ｂは層Ｂの光学波長である。このように設計すれば、第一の層と第二の層との間に複数の層が介在される場合においても、第一の層と第二の層との間隔はｍ×λ/２（ここに、ｍは自然数、λは第一の層と第二の層間の光学波長）の関係が常に維持される。
第一の層と第二の層との間に透光性電極層を介在させる場合には、当該透光性電極層も上記の関係を保持するものとすることが好ましい。

【0013】

上記において、第一の層と第二の層との間隔を規定するとき、及び第一の層と第二の層との間に介在される複数の層における各層の厚さを規定するときに光学波長λが用いられている。この光学波長λは多少のマージンを有することができる。各層の厚さをｎｍオーダーで正確に制御することは極めて困難だからである。また、多少のマージン（好ましくは±１０％以内、更に好ましくは±５％以内）があっても、目的にかなった変調ができるからである。
第一の層及び第二の層は反射層とすることが好ましいことは既述したが、第一の層及び第二の層の少なくとも一方を誘電体多重層（ブラッグミラー層）としたとき、多重層を構成する誘電体層の一部又は全部を光学磁性体材料や電気光学材料などの屈折率可変層で形成すると、これらの層も光の変調機能に寄与する場合がある。

【0014】

屈折率可変層はこれを通過する光に対して、光通過方向にその屈折率を変化させる。
屈折率可変層は第一の層と第二の層との間の実質的な全体を占有しても、また、その一部のみであってもよい。
かかる屈折率可変層を形成する材料として電気光学材料、音響光学材料、熱光学材料等を挙げることができる。
電気光学材料は電界の印加によって屈折率が変化する材料であって、ＰＺＴ（ＰｂＺｒ_0.52Ｔｉ_0.48Ｏ₃）、ＰＬＺＴ、ＰＬＨＴ、ＳＢＮ、ＬＴ、ＬＮ、ＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＢＮＮ、ＫＴＮ、ＢＴＯ等を挙げることができる。
屈折率可変層を電気光学材料で形成した場合、当該屈折率可変層へ印加する電界を制御することにより、その屈折率を変化・制御可能である。屈折率可変層へ電界を印加するために、特許文献１にも記載してある通り、当該屈折率可変層を透光性電極でサンドイッチする構成を採用できる。勿論、光学体の外部から電界を印加してもよい。この場合、電界の印加の方向は屈折率可変層の面内方向に対して垂直に限らず、傾斜していてもよい。

【0015】

音響光学材料は応力の印加・歪によって屈折率変化が生じる材料であって、ＰＺＴ（ＰｂＺｒ_0.52Ｔｉ_0.48Ｏ₃）、ＬＴ、ＬＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｓｉ、ＳｉＯ_２等を挙げることができる。
屈折率可変層を音響光学材料で形成した場合、当該屈折率可変層へ印加する応力を制御することにより、その屈折率を変化させることにより制御可能である。屈折率可変層へ応力を印加するためには、屈折率可変層を光透過性の圧電素子で挟むことが考えられる。

【0016】

熱光学材料は温度により屈折率が変化する材料であって、液晶が該当する。
屈折率可変層を熱光学材料で形成した場合、当該屈折率可変層へ印加する熱を制御することにより、その屈折率を変化させることにより制御可能である。屈折率可変層の温度を制御するには、例えばヒーターを具備すればよい。

【0017】

屈折率可変層は単層若しくは複数層とすることができる。複数層とした場合、この複数層を構成する各層は同一の材料であっても異なる材料であってもよい。

【0018】

磁気光学材料は磁気光学効果（ファラディ効果、カー効果）を有し、直線偏光光が干渉するとこれを右回りの楕円偏光光（右円偏光光）と左回りの楕円偏光光（左円偏光光）とに変換する。このとき、右円偏光光と左円偏光光とには位相差が生じている。またこの磁性体材料は非相反性を有するので、位相差の生じた右円偏光光と左円偏光光を再度磁気光学材料へ干渉させて直線偏光光へ再変換したとき、その位相差が維持されて直線偏光光の偏光面の回転（角度の変化）としてあらわれる。

【0019】

このような磁気光学効果を奏する磁性体材料には強磁性体材料、反強磁性体材料、フェリ磁性体材料、常磁性体材料を挙げられる。
ファラディ効果を奏する透光性の強磁性体材料としてＣｄＣｏ、のような磁性記憶媒体用材料、ＣｏＦe₂Ｏ₄のようなスピネルフェライト、ＰｂＦｅ₁₂Ｏ₁₉のようなヘキサゴナルフェライト、ＣｄＣｒ₂Ｓ₄のようなカルコゲナイド、フェライト、ＣｒＣｌ₃のようなクロム化トリハライド、Ｙ₃Ｆe₅Ｏ₁₂（ＢｉＹ）_３Ｆe_５Ｏ_１２のようなガーネット、（ＬａＳｒ）ＭｏＯ₃のようマンガン酸化合物、ＥｕＯのようなユウロビウム化合物、Ｆｅ及びその合金からなる金属薄膜、Ｃｏ及びその合金からなる薄膜、Ｍｎ及びその合金からなる薄膜、その他Ｆｅ₂Ｏ₄等やポリエチレン等の有機材料を挙げることができる。

【0020】

ファラディ効果を奏する透光性の反強磁性体材料としては、酸化マンガン等を挙げることができる。

【0021】

常磁性体材料は外部から磁界を印加することにより磁気光学効果を奏する。
ファラディ効果を奏する透光性の常磁性体材料として、Ｔｂ₃ＡｌＯ₁₂、ＧＧＧ（Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂）等の希土類Ａｌ置換ガーネット、酸素等の気体、水等の液体、塩化カリウム等の固体、ＧＧＧ（Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂）、ＧＧＳ等のクラウン等のガラスを挙げることができる。
青色光のような短波長を変調対象とする際には、ＴＡＧ、ＴＧＧを採用することが好ましい。短波長を殆ど吸収しないからである。
磁性体材料層は単層若しくは複数層とすることができる。複数層とした場合、この複数層を構成する各層は同一の材料であっても異なる材料であってもよい。

【0022】

この明細書において「透光性」とは入射光（変調対象光）を透過する特性を指し、いわゆる透明性（可視光についての透光性）に限られるものではない。また、屈折率可変層は必然的に透光性を有するものとする。
カー効果を有する材料としてはＲ_３Ｆe_５Ｏ_１２（Ｒ＝希土類元素、例えばＢｉ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）のようなガーネット、ＭＦe₂Ｏ₄（Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）のようなスピネルフェライト、ＭＦｅ_１２Ｏ_１９（Ｍ＝Ｂａ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎｉ_０．５Ｆｅ_０．５、Ａｇ_０．５Ｌａ_０．５）のような六方晶フェライト、ＭｎＢｉ、ＰｔＣｏ、ＥｕＯ、ＰｔＭｎＳｂからなる多結晶膜、Ｇｄ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｆｅ、Ｄｙ−Ｆｅ、Ｔｂ−Ｆｅ、Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ、Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、（Ｇｄ−Ｆｅ）−Ｂｉ、（Ｇｄ−Ｆｅ）−Ｓｎ、Ｎｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏのような希土類−遷移金属薄膜、及び前記材料からなる薄膜からなる複合膜等を挙げることができる。

【0023】

磁性体材料層を光透過性としたとき、磁性体材料層と屈折率可変層との積層体を繰返してなる多層構造を採用することもできる。この多層構造を採用する場合、各磁性体材料層は同一の材料で形成することが好ましいが、また異なる材料で形成することを除外するものではない。同様に、各屈折率可変層も同一の材料で形成することが好ましいが、異なる材料で形成してもよい。

【0024】

この発明の光学体は、既述のように直線偏光光の偏光面の回転角度を任意に制御でき、また、楕円偏光光の位相を任意に制御できる。この点において、光変調素子として機能する。
また、直線偏光光の偏光面の回転角度及び楕円偏光光の位相の変化はともに有意に（大きく）とれるので、これを光メモリ素子として用いることもできる。

【0025】

図１はこの発明の第３の局面の構造を示す模式図である。
第一の層３はハーフミラー層であり、第二の層５は全反射層である。第一の層３と第二の層５の間（この明細書で「キャビティ７」ということがある）に、屈折率可変層８と磁気光学材料層９とが介在される。
このように構成された光学体１によれば、屈折率可変層８と磁気光学材料層９が第一の層３と第二の層５との間に介在されるので、両層３−５間で変調対象光が多重反射する際に、屈折率可変層８と磁気光学材料層９の両層の影響を受けるので、変調効率が向上する。

【0026】

磁気光学材料層９は透光性を有する（ファラディ効果を有する）ものとすることができ（第４の局面）、その場合は磁気光学効果層９を屈折率可変層８より第一の層３側に配置することが好ましい。直線偏光光を入出射光とするとき、光学体と外部とのインターフェース部において直線偏光光と楕円偏光光との間の変換が必要になるからである。

【0027】

磁気光学材料としてカー効果を有する（特に、非透光性の）ものを採用する場合には、磁気光学材料層は第二の層５側に配置する。
図２にこの例の光学体１１の模式図を示す。なお、図１と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。このカー効果発現層１５は第二の反射層５の表面に形成される。このカー効果発現層１５自体が十分な、好ましくは実質的に１００％の反射率を備えれば、カー効果発現層１５自体を第二の反射層とすることができる。
カー効果発現層１５で変換された光の位相差が屈折率可変層１８において増幅される。

【0028】

図３は他の態様の光学体２１を示す。なお、図１と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この光学体２１では、磁性体材料層９をキャビティ７の外側、即ち第一の層３の入射光対向面側に配置した。
このように構成された光学体２１によれば、直線偏光光を入射光としたとき、当該直線偏光光は磁性体材料層９で僅かに位相差をもった右円偏光光と左円偏光光に変換され、両楕円偏光の位相差はキャビティ７において増幅される。
磁性体材料層９としてガーネットのバルクの基板へ第一の層、屈折率可変層及び第二の層を順次積層してなる光学体を用いることができる。
同様に、屈折率可変層８としてＰＬＺＴ等のバルクの基板を用い、その両面へ第一の層と第二の層を積層し、更に第一の層へ磁気光学材料層９を積層する構成を採用できる。

【0029】

図４は他の光学体３１を示す。なお、図３と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この光学体３１では磁気光学材料層９の表面に第三の層６が形成されている。この第三の層６と第一の層３とをともに反射層とすることにより、両者の間で変調対象光を多重反射させ磁気光学材料層９の磁気光学効果を増幅する。
この第三の層６も第一層の３及び第二の層５と同様に形成することができる。第三の層６と第一の層３との間隔もｍ×λ／２とすることが好ましい。ここに、ｍ：自然数、λ：第二の層６と第一の層３との間の光学波長である。

【0030】

図５に他の形態の光学体４１の構成を示す。なお、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を部分的に省略する。この光学体４１では屈折率可変層８が電気光学材料で形成されている。この屈折率可変層８は光透過性の一対の電極層４２、４３で挟まれており、電極層４２、４３へ印加する電圧を制御することにより、屈折率可変層８へ印加される電界を制御し、もって屈折率可変層８の屈折率を制御する。

【0031】

屈折率制御手段としての透光性電極４２、４３へ印加する電圧の制御回路は光学体２１へ一体的に組みつけることが装置構成の簡素化の見地から好ましい。
電圧制御回路は汎用的な半導体集積回路技術により、第一の反射層３若しくは第二の反射層５の一方へ形成することができる。
第一の反射層３側から光を入射させることを考慮すれば、電圧制御回路を当該第一の反射層３へ配置することは好ましくない。入射光及び出射光を遮ることとなるからである。

【0032】

したがって、電圧制御回路は第二の反射層５の表面へ形成することが好ましい。
図６は電圧制御回路を有する半導体機能層５３を備えた光変調装置５１を示す。なお、図５と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図中の符号５４は半導体機能層５３から透光性電極４２、４３への電源線を示す。半導体機能層５３はこの電源線５４を介して制御された電圧を透光性電極４２、４３間へ印加する。
第二の層５側へ半導体機能層５３を形成した結果、基板５７は第一の３側の配置となる。
この基板５７の形成材料は透光性を有するＳｉＯ_２やＳＧＧＧ（例えば、Ｇｄ_２．６８Ｃａ_０．３２Ｇａ_４．０４Ｍｇ_０．３２Ｚｒ_０．６４Ｏ_１２）等を用いることができる。

【0033】

図７に示す光変調システム６１は、図６に示す光変調装置５１へ光入射デバイス６３と出射光処理デバイス６５とを、基板５７に対向配置したものである。
光入射デバイス６３は光源、光ファイバ及び偏光板等から構成され、光学体へ所望の偏光光を入射する。
出射光処理デバイス６５は、基板５７を通過してきた光学体の出射光を処理する。位相変調された出射光を入射光と干渉させて干渉計等に利用できる。

【実施例】

【0034】

以下、この発明の実施例について説明する。
図８は実施例の光学体８１の構成を示す。
実施例の光学体８１はＳＧＧＧ（例えば、Ｇｄ_２．６８Ｃａ_０．３２Ｇａ_４．０４Ｍｇ_０．３２Ｚｒ_０．６４Ｏ_１２）の基板８７（厚さ：０．７ｍｍ）の上へ、酸化タンタル（膜厚：９０ｎｍ）と酸化シリコン（膜厚：１３４ｎｍ）なる積層体を単位ペアとして、計９ペアからなる第一の反射層９３を積層する。
更に、膜厚７１２ｎｍのＢｉ：ＹＩＧ（Ｂｉ_１Ｙ_２Ｆｅ_５Ｏ_１２、光学波長λ：７８０ｎｍ）を光学磁性体材料層８９として積層する。この光学磁性体材料層８９の上には膜厚１７４ｎｍからなるＰＬＺＴ（具体的組成Ｐｂ_０．９１Ｌａ_０．０９Ｚｒ_０．６５Ｔｉ_０．３５Ｏ_３、光学波長λ：７８０ｎｍ）を屈折率可変層８８として積層する。なお、ＰＬＺＴ層８８は電気光学材料であるのでこのＰＬＺＴ層８８の両面へＩＴＯ等からなる透光性電極層を形成することとなるが、この実施例では当該一対の透光性電極はごく薄く形成するものとしてその膜厚を無視することとした（その結果、図８に透光性電極は示されていない）。なお、図８の構成において、第一の層８３と第二の層８５との間隔（磁気光学材料層８９と屈折率可変層８８との合計厚さ）はλ／２の５倍である。
ＰＬＺＴ層８８の上には第一の層８３と同じ単位ペアを有し、そのペアの繰返し数を１８とした第二の反射層８５が形成されている。

【0035】

各層はスパッタ法により形成される。
各層の形成方法はスパッタ法に限定されるものではなく、蒸着法、イオンプレーティング法、スプレー法、イオンビーム照射法等の汎用的な薄膜製造技術を適用可能である。

【0036】

図８に示した構成の光学体８１の光学特性をマトリックスアプローチ法に従いシミュレートした。このシミュレーションについてはM. Inoue, T. Fujii, “A theoretical analysis of magneto-optical Faraday effect of YIG films w ith random multilayer structure”，Appl. Phys. 81, 317 (1997).を参照されたい。
結果を図９〜図１２に示す。
実施例の光学体８１へ７８０ｎｍの波長（赤色）の直線偏光光を入射したところ、出射光の偏光面の回転角（入射光の偏光面の角度との差）は図９に示すものとなった。
反射率（入射光に対する出射光の強度）は図１０に示すように、ほぼ１００％である。なお、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）における波長７８０．４ｎｍ前後の部分拡大図である。
図９及び図１０の結果から、実施例の光学体８１によれば波長及びその強度を維持して、入射光の偏光面を任意の角度に変更できることがわかる。

【0037】

図１１は、出射光の偏光面の回転角（入射光の偏光面の角度との差）及び出射光の位相（入射光の位相との差）と図示しない透光性電極へ印加する電圧との関係を示す。実施例で用いてシミュレーションでは透光性電極は厚さを持たず、かつその材料は完全な透光性であり、かつ電気抵抗を持たないものと仮定している。
図１１より、０．０〜０．２Ｖという小さな電圧範囲において出射光の回転角と位相とを制御可能なことがわかる。なお、実施例の光学体では、電圧変化に対して偏光面の角度変化は同期しており、両者の間に実質的な時間おくれはない。
図１２は印加電圧と反射率（入射光に対する出射光の強度）についても０．０〜０．２Ｖの印加電圧範囲において殆ど全反射の状態を維持できる。なお、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）における０．１Ｖ前後の部分拡大図である。

【0038】

図１３には他の実施例の光学体１０１を示す。なお、図８と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例では磁気光学材料層１０９としてＴＡＧ（Ｔｂ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂）を採用している。この実施例ではＴＡＧからなる磁気光学材料層１０９の厚さを８４０．７１ｎｍ、ＰＬＺＴからなる屈折率可変層１０８の厚さを１００．００ｎｍとしている。これにより、第一の層８３と第二の層８５との間隔（磁気光学材料層１０９と屈折率可変層１０８との合計厚さ）はλ／２の９倍である。
なお、ＴＡＧは常磁性体材料であるので、外部より光の入射方向である膜面垂直方向に磁場を印加しているものとする。

【0039】

図１３の光学体１０１についても前の実施例と同様にしてその特性をシミュレートした。入射光は波長４０５ｎｍ（青色）の直線偏光光である。結果を図１４、図１５に示す。
図１４は印加電圧と回転角（入射光の偏光面と出射光の偏光面との回転角度差）との関係を示す。図１５は印加電圧と反射率（入射光に対する出射光の強度）との関係を示す。
図１４及び図１５より、ＴＡＧを磁気光学材料に採用すれば、入射光に短波長を採用しても光学体において殆ど損失は起こらず、ほぼ１００％の反射率を確保することができる。また、電圧変化に対して偏光面の角度変化は同期しており、両者の間に実質的な時間おくれはない。

【0040】

図１６は他の実施例の光学体１１１を示す。なお、図１３と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を部分的に省略する。
この実施例の光学体は、図８の光学体８１から磁気光学材料層８９を省略したものである。なお、図１６の例では、第一の層８３と第二の層８５との間にｍ×λ／２（ｍ：自然数、λ：光学波長）の関係を確保するため、ＰＬＺＴからなる屈折率可変層１１８の厚さを４８４７ｎｍとしている（ｍ＝２８）。
図１６の光学体１１１についても前の実施例と同様にしてその特性をシミュレートした。入射光は波長７８０ｎｍ（赤色）の直線偏光光である。結果を図１７、図１８に示す。
図１７は印加電圧と位相（入射光の位相と出射光の位相との差）との関係を示す。図１８は印加電圧と反射率（入射光に対する出射光の強度）との関係を示す。
図１７及び図１８より０．０〜２．０Ｖ程度の小さな電圧範囲により全範囲（±１８０度）にわたり位相制御できることがわかる。また、反射率（入射光に対する出射光の強さ）についてもほぼ６０％以上確保できている。電圧変化に対して位相変化は同期しており、両者の間に実質的な時間遅れはない。

【0041】

本発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0042】

１，２１，４１，５１，６１，８１，１０１，１１１ 光学体
３ ハーフミラー層
５ 全反射層
７ キャビティ
８，１８ 屈折率可変層
９ 磁気光学材料層
１５ カー効果発現層
４２，４３ 透光性電極
５３ 半導体機能層
５４ 電源線
５７ 基板
６３ 光入射デバイス
６５ 出射光処理デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】