可利用极化结构控制的光束定向器制造技术

一种新类别的能量交互作用器件，特别是光能传送器件和能量导向器件，使用能量场，特别是电场施加到一极化结构来控制固体材料中的能量传播。可形成呈薄膜或块状构造光栅的极化结构，可与波导结构组合以导向诸如光或声束之类的能量束。在可调节电场的影响下通过一极化结构获得一光栅和可调节的可调谐性中的可变反射率，在固体材料中产生一可调传播速度的空间梯度。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术参考以Simon J.Field和David A.G.Deacon的名义于5/9/94提交的题为“形成图形的极化介质结构和器件的制造”，序号为08/239,799的美国专利申请。本专利技术涉及利用电场控制来控制能量，特别是光束传播的装置，特别是光学装置。详细地讲，本专利技术涉及具有包括周期极化结构的极化结构和电极的装置，该装置在施加于电极之间的受控电场存在时使得光能可以受控传播。更详细地讲，本专利技术涉及一种新类型的基于利用在固态材料中的极化结构可转换的能量变换装置，能量传导装置，滤波器，和大型能量转移装置。在一些应用中，可以用电切换极化结构，以控制光能或甚至声能。极化切换特别可用于激光控制，通信，平板显示，扫描装置，以及记录和重放装置等领域。可以用在电光(EO)或压电材料中施加的电场来控制像光或声束这样的能量束之间的相互作用。希望在所有种类的切换的或调制的装置中有一个波束相互作用的电控空间图形。通过把电场形成图形可以在利用电光或压电效应的均匀基片中取得图形化的响应。但是，关于电场的麦克斯韦方程使得锐变场不能扩展到一个大的范围应用。一些材料可以被极化，这表明响应某些外部影响可以使它们的电光和/或压电响应定向。在这些材料中可以在潜在的大范围内在EO系数上产生锐变空间变化。通过把缓慢变化的电场与锐变(极化)材料结合在一起，可以制造和使用新型的图形化结构。与固定EO晶体相比，可极化EO材料具有一个必须控制的额外自由度。通常在可以观察到任何宏观的EO响应之前，必须把基片极化为一种均匀的对准状态。已经从最初具有无序分子的基材，以及仅在随机定向的宏观畴中具有局部自发相互对准的分子的基材制造出均匀极化的基片。第一种类型材料的一个例子是非线性聚合物。第二种类型材料的例子有锆酸钛酸铅(PZT)之类的烧结压电材料，液晶，以及铌酸锂(LiNbO3)之类的晶态铁电材料。E.Van Tomme，P.P.Van Daele，R.G.Baets，P.E.Lagasse等发表的“基于非线性光学聚合物的集成光学装置(＂Integrated optic devices based on nonlinear optical polymers＂，IEEE JQE27 778，1991)”描述了非线性光学聚合物的极化。在，例如，Miller等人10/1983申请的题为“利用反射器的表面声波装置(Surface acousticwave device employing reflectors)”的第4,410,823号美国专利中描述了PZT的极化。(在标准参考资料中描述了液晶的极化，例如，S.Chandrasekhar，Liquid Crystals，Second Edition(1992)，CambridgeUniversity Press，Cambridge。)在Byer等人07/1991申请的题为“非线性光学辐射发生器和控制在固态体中的铁电极化畴的区域的方法(Nonlinear optical radiation generator and method of controlling regionsof ferroelectric polarization domains in solid state bodies)”的第5,036,220号美国专利中描述了铁电晶体的极化。极化的EO装置的例子包括Jpn.J.Appl.31，1378(1992)上S.Ura，R.Ohyama，T.Suhara和H.Nishihara等发表的“用于集成光子装置的使用新聚合物p-NAn-PVA的电光功能波导”一文中所述的在具有叉指式电极的聚合物层中的波束衍射体；Schildkraut等10/1992申请的题为“用于反射调制的光学产品”的第5,157,541号美国专利中所述的在一个具有平面电极的聚合物层中的光束调制器；H.Nzitoh，K.Muto，T.Nakayama等在Appl.Opt.17，101-104(1978)上发表的“反射镜型分光器和光切换器”一文中所述的在一个具有一个电极对的铌酸锂波导管中的全内反射光束反射器；M.Papuchon，Am.Roy等在Appl.Phys.Lett.31，266-267(1977)上发表的“电激活光分叉OBA”一文中所述的在具有两个电极的铌酸锂中的2×2波导开关；和H.Sasaki和I.Anderson在IEEE Journ.Quant.Elect.，QEl4，883-892(1978)上发表的“光波导中的活性Y-形接头的理论和实验研究”一文中所述的在一个具有三个电极的铌酸锂波导管中的Y-形接头光束路由选择器。这些装置使用了具有改变的电极和光学结构的均匀极化的材料。图形化的极化的装置的许多优点还没有被认识到。例如，在H.Nishihara，N.Haruna，T.Suhara所写的“光学集成电路(Optical Integrated Circuits，McGraw-Hill，New York(1989)”一书中，描述了许多由各种电极图形激活的电光装置，但是所有这些装置都是在一个均匀极化的基片上制造的。在T.Suharah和H.Nishihara所写的另一篇评述文章“使用周期结构的集成光学元件和装置(＂Integrated optics components anddevices using periodic structure＂IEEE J.Quantun Electron，QE-22,845，(1986))”中也是一样，这篇文章描述了光栅耦合的装置的一般特性，而没有认识到一个极化的光栅与一个电极光栅不同的优点。在一些选择的文献中已经指出了图形化的极化基片的某些优点。在Miller等人的第4,410,823号美国专利中描述一种具有一个在压电陶瓷(但没有电极)中的畴反转阵列的表面声波反射器；Q.Chen，Y.Chiu，D.N.Lambeth，T.E.Schlesinger，D.D.Stancil等所写的“在LiTaO3中利用畴反转的薄膜电光波束偏转器(＂Thin filmelectro-optic beam deflector using in LiTaO3＂，CTuN63，CLEO′93Conference Proceedings，pp 196 et.seq.，Optical Society of America)中描述了具有在LiTaO3中的三角形畴反转区的波束控制器。在Schaffner 01/1994申请的题为“周期畴反转电光调制器(Periodic domain reversal electro-optic modulator)”的第5,278,924号美国专利中描述了一种具有畴反转以补偿微波和光束之间的相位差的Mach-Zehnder调制器。在Sriram等人11/1993申请的题为“用于检测电场的电光传感器(Electro-optical sensor for detecting electric fields)”的第5,267,336号美国专利中描述了一种具有在一个电光基片上的一个畴反转区的Mach-Zehnder电场传感器。图形化的极化结构的利用为波束控制(包括产生，调制，变向，聚焦，滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成图形的极化介电器件，包括：一个固体介电材料，所述固体介电材料具有不同畴的图形，至少所述畴的第一类型是极化结构并形成至少两个与第二类型所述畴交替的元件；和至少一个形成第一电极的第一导电材料，所述第一电极面对所述固体介电材料并跨 接所述第一类型极化结构的至少两个所述元件。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维AG狄肯，迈克尔J布林克曼，威廉K比谢尔，西蒙J菲尔德，
申请(专利权)人：杰姆法尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]