JP2000075328A - 音響光学偏向器 - Google Patents

音響光学偏向器

Info

Publication number
JP2000075328A
JP2000075328A JP10248580A JP24858098A JP2000075328A JP 2000075328 A JP2000075328 A JP 2000075328A JP 10248580 A JP10248580 A JP 10248580A JP 24858098 A JP24858098 A JP 24858098A JP 2000075328 A JP2000075328 A JP 2000075328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
film
acousto
waveguide layer
optic deflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10248580A
Other languages
English (en)
Inventor
Michio Kadota
道雄 門田
Tsuyoshi Iwamoto
剛志 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minolta Co Ltd
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd, Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP10248580A priority Critical patent/JP2000075328A/ja
Priority to US09/386,853 priority patent/US6282357B1/en
Publication of JP2000075328A publication Critical patent/JP2000075328A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/33Acousto-optical deflection devices
    • G02F1/335Acousto-optical deflection devices having an optical waveguide structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Si基板を使用した光の利用効率の高い音響
光学偏向器を得る。 【解決手段】 表面にSiO2膜2を形成したSi基板
1上に圧電性薄膜導波層としてZnO膜3を堆積し、Z
nO膜3上にIDT5及びルチルプリズム7,8を設け
た音響光学偏向器。Si基板1としては抵抗率が20Ω
cm以下のものを使用し、IDT5によってZnO膜3
にセザワ波SAを励振し、ZnO膜3を伝搬するレーザ
ビームLBを偏向させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響光学偏向器、
詳しくは、導波路に励振された表面弾性波によって導波
路を伝搬する光を偏向する音響光学偏向器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、レーザビームを光源として使用
する画像形成装置にあっては、レーザビームをポリゴン
ミラーと称する多面体ミラーの回転によって偏向し、感
光体上を走査する方式が採用されている。しかし、近年
では、走査速度の高速化が求められ、その対策として導
波路型の音響光学偏向器が種々開発されている。
【0003】この種の音響光学偏向器は、ガラス、サフ
ァイアや表面を熱酸化処理したSi基板上にZnO等の
圧電性薄膜導波層を堆積した構造、LiNbO3基板の
表面にTiを拡散したり、基板表面でプロトン交換を行
って導波層を形成した構造が知られている。これらの導
波層に表面弾性波を励振し、導波光(レーザビーム)と
相互作用させる。光の偏向は、導波光と弾性波がブラッ
グ条件を満たす角度で交差するとき、導波光がブラッグ
回折することで行われる。
【0004】サファイアやSiを基板として用いると、
表面弾性波としては電気機械結合係数の大きいセザワ波
を発振することができ、その実用が期待されている。ま
た、Si基板は安価で安定した材料でもある。ここで、
セザワ波とは、レーリー波の高次モードに相当する表面
弾性波である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Si基
板を用いた光偏向器では、表面弾性波が導波層を伝搬す
る際にそのエネルギーを基板に奪われて減衰する。一
方、導波光も導波層を進行する際にそのエネルギーを基
板に奪われて減衰する。即ち、基板としてSiを用いれ
ば、安価であり、効率のよいセザワ波を励振できる利点
を有するものの、弾性波及び導波光の減衰が大きく、結
果的に光の利用効率が低下するという問題点を有してい
る。利用効率の低下を補償するためには、櫛歯状電極に
大きな電力を入力したり、光源の発光強度を大きくする
ことが考えられるが、これでは光偏向器のコストアップ
につながる。
【0006】そこで、本発明の目的は、Si基板を使用
した光の利用効率の高い、安価な音響光学偏向器を提供
することにある。
【0007】
【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
めに本発明者らが行った実験によれば、表面弾性波の減
衰量は、Si基板の抵抗率やバッファ層の膜厚によって
変化すること、及び導波光の減衰量は専らバッファ層の
膜厚によって変化することが判明した。
【0008】このような知見に基づいて、本発明に係る
音響光学偏向器は、抵抗率が20Ωcm以下のSi基板
上にバッファ層、圧電性薄膜導波層を形成すると共に、
導波層に接して櫛歯状電極を形成した。櫛歯状電極によ
って導波層にセザワ波を励振し、導波層を伝搬する光を
偏向する。
【0009】本発明によれば、Si基板として抵抗率が
20Ωcm以下のものを用いたため、表面弾性波(セザ
ワ波)の伝搬損失が小さくなり発振効率が向上する。セ
ザワ波はレーリー波の高次モード波であり、電気機械結
合係数が大きい。また、Si基板は安価で特性が安定し
ている。本発明は、このような利点を有するSi基板と
セザワ波を組み合わせたもので、セザワ波の発振効率が
高く、ひいては光の利用効率が向上する。さらに、基板
よりも屈折率が低いバッファ層を設けたため、基板より
も屈折率の低い圧電性薄膜を光導波層として機能させる
ことができる。
【0010】また、本発明に係る音響光学偏向器では、
導波層をZnO膜にて形成し、その膜厚hと表面弾性波
の波長λとの関係を、0.2<h/λ<0.5の範囲内
に設定することが好ましい。この設定条件の下で、実験
的にみて、セザワ波の伝搬損失が小さくなり、ひいては
光の利用効率が向上する。
【0011】さらに、本発明に係る音響光学偏向器にお
いて、バッファ層はSiO2膜とすることが好ましい。
SiO2膜はSi基板の表面を酸化させるだけで容易に
成膜することができ、導波光の伝搬損失を抑えることが
できる。特に、SiO2膜の膜厚を4000オングスト
ローム以上とすることで、導波光の伝搬損失が小さくな
り、Si基板の抵抗率を20Ωcm以下とすることとの
相剰的な効果として光の利用効率がより向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る音響光学偏向
器の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【0013】(第1実施形態)本第1実施形態は、図1
に示すように、Si基板1の表面にSiO2膜(バッフ
ァ層)2を形成し、その上にZnO膜(圧電性薄膜導波
層)3を設けたものである。さらに、ZnO膜3上にI
DT(inter−digital−transducer、櫛歯状電極)5を
形状し、かつ、光の入力/出力手段としてルチルプリズ
ム7,8を設置した。
【0014】基板1は、抵抗率が8ΩcmのP(10
0)方位のSi基板を使用した。SiO2膜2は、Si
基板1の表面を熱酸化処理し、8000オングストロー
ムの膜厚に形成した。導波層としては、スパッタリング
法によってc軸配向したZnO膜3を2.2μmの膜厚
に堆積させた。IDT5は、膜厚1000オングストロ
ームのAl膜をZnO膜3上に蒸着した後リフトオフ法
によるパターニングによって形成したもので、幅1.4
5μmの電極指を20対備えた正規型IDT電極であ
る。
【0015】この光偏向器に対しては、半導体レーザを
光源とする図示しない光源ユニットからレーザビームL
Bが入射される。このレーザビームLBはルチルプリズ
ム7からZnO膜3に入力されて伝搬する。このとき、
IDT5には電源6から高周波信号が印加され、ZnO
膜3に導波光に対して略直交方向に伝搬する表面弾性波
(セザワ波)SAが励振される。この弾性波との相互作
用で導波光(レーザビームLB)が偏向され、ルチルプ
リズム8から外部に出射する。
【0016】ところで、バッファ層は光を伝搬させるた
めに圧電性薄膜導波層よりも屈折率が低くなければなら
ない。SiO2膜2をバッファ層として用いたのは、そ
の屈折率が1.46であり、ZnO膜3の屈折率1.9
9よりも低く、また、Si基板1を熱酸化することで容
易に形成できるからである。
【0017】また、Si基板1の屈折率は4.0であ
り、ZnO膜3の1.99に比べて大きい。このため、
SiO2膜2の膜厚が薄い場合には、導波光のエネルギ
ーが基板1に漏洩し、導波損失が大きくなる。
【0018】本第1実施形態においては、SiO2膜2
の膜厚を8000オングストロームとしており、波長6
30nmのレーザビームLBをルチルプリズム7から入
力した場合、ZnO膜3を伝搬するTE0モードの導波
光の損失は約2dB/cmであった。一方、SiO2
2の膜厚を3000オングストロームに変更し、他の構
成、条件は同じにして導波光の損失を測定したところ、
約5dB/cmであった。このような実験によって、導
波光の減衰量を小さくするには、SiO2膜(バッファ
層)2の膜厚が4000オングストローム以上必要であ
ることが判明した。
【0019】また、図1に示した構成の光偏向器におい
て、IDT5で表面弾性波(セザワ波)を励振させる場
合、その効率である電気機械結合係数K2は、弾性波の
波長λとZnO膜3の膜厚hとの比であるh/λに依存
し、その特性を図2に示す。図2においては、セザワ波
の特性と共にレーリー波の特性を比較のために示してい
る。
【0020】本第1実施形態において、中心周波数87
0MHzの電気信号をIDT5に入力したとき、波長
5.8μmのセザワ波が励振された。ZnO膜3の膜厚
hは、h/λ=0.38となるように構成されており、
電気機械結合係数K2は約4%である。セザワ波の伝搬
損失を測定したところ、6dB/cmであった。一方、
基板1として抵抗率が1000ΩcmのP(100)方
位のSi基板を用い、他の構成、条件は前記と同じにし
てセザワ波の伝搬損失を測定したところ、26dB/c
mであった。抵抗率8ΩcmのSi基板を用いると伝搬
損失が大きく改善されることが明らかであり、Si基板
の抵抗率は20Ωcm以下であることが好ましい。
【0021】以上の如く、導波光及びセザワ波の伝搬損
失を小さくしたところ、光の利用効率は抵抗率が100
0ΩcmのP(100)方位のSi基板を用いた光偏向
器と比較して、約1.58倍向上した。
【0022】(第2実施形態)本第2実施形態は、構成
としては図1に示したものと同様であり、基板1として
抵抗率が0.02ΩcmのP(100)方位のSi基板
を用いた。他の数値は前記第1実施形態と同じとし、セ
ザワ波の伝搬損失を測定したところ、7dBであった。
また、導波光の伝搬損失を測定したところ約2dB/c
mであった。光の利用効率は抵抗率が1000Ωcmの
P(100)方位のSi基板を用いた光偏向器と比較し
て、約1.55倍向上した。
【0023】(他の実施形態)なお、本発明に係る音響
光学偏向器は前記実施形態に限定するものではなく、そ
の要旨の範囲内で種々に変更することができる。特に、
Si基板としては、p型で(100)方位のものに限ら
ず他の型、方位のものを用いてもよい。櫛歯状電極に関
しては、SiO2膜と導波層との界面に形成してもよ
く、チャープ型あるいはチャープチルト型であってもよ
い。光の入力/出力手段としては、プリズム以外に、グ
レーティング等の結合手段を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る音響光学偏向器を示す斜視図。
【図2】前記音響光学偏向器における電気機械結合係数
を示すグラフ。
【符号の説明】
1…Si基板 2…SiO2膜(バッファ層) 3…ZnO膜(圧電性薄膜導波層) 5…櫛歯状電極 7,8…ルチルプリズム LB…レーザビーム SA…セザワ波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩本 剛志 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 2K002 AA06 AB03 AB07 BA12 CA02 CA22 CA25 DA05 EB07 FA07 GA07 HA10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 抵抗率が20Ωcm以下のSi基板と、 前記基板上に形成されたバッファ層と、 前記バッファ層上に形成された圧電性薄膜導波層と、 前記導波層に接して形成された櫛歯状電極と、を備え 前記櫛歯状電極によって前記導波層にセザワ波を励振
    し、導波層を伝搬する光を偏向すること、 を特徴とする音響光学偏向器。
  2. 【請求項2】 前記導波層がZnO膜であり、その膜厚
    hと表面弾性波の波長λとの関係が、0.2<h/λ<
    0.5の範囲内に設定されていることを特徴とする請求
    項1記載の音響光学偏向器。
  3. 【請求項3】 前記バッファ層がSiO2膜であること
    を特徴とする請求項1又は請求項2記載の音響光学偏向
    器。
  4. 【請求項4】 前記SiO2膜の膜厚が4000オング
    ストローム以上であることを特徴とする請求項3記載の
    音響光学偏向器。
JP10248580A 1998-09-02 1998-09-02 音響光学偏向器 Pending JP2000075328A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10248580A JP2000075328A (ja) 1998-09-02 1998-09-02 音響光学偏向器
US09/386,853 US6282357B1 (en) 1998-09-02 1999-08-31 Optical waveguide, acousto-optic deflector and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10248580A JP2000075328A (ja) 1998-09-02 1998-09-02 音響光学偏向器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000075328A true JP2000075328A (ja) 2000-03-14

Family

ID=17180250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10248580A Pending JP2000075328A (ja) 1998-09-02 1998-09-02 音響光学偏向器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6282357B1 (ja)
JP (1) JP2000075328A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104246596A (zh) * 2013-02-06 2014-12-24 松下电器产业株式会社 光偏向元件及光偏向装置

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6385355B1 (en) * 1999-03-15 2002-05-07 Fuji Xerox Co., Ltd. Optical deflection element
US7043129B2 (en) * 2000-06-16 2006-05-09 Wayne State University Wide bandgap semiconductor waveguide structures
US6848295B2 (en) * 2002-04-17 2005-02-01 Wayne State University Acoustic wave sensor apparatus, method and system using wide bandgap materials
US6891685B2 (en) 2001-05-17 2005-05-10 Sioptical, Inc. Anisotropic etching of optical components
US6947615B2 (en) 2001-05-17 2005-09-20 Sioptical, Inc. Optical lens apparatus and associated method
US6608945B2 (en) 2001-05-17 2003-08-19 Optronx, Inc. Self-aligning modulator method and associated apparatus
US6690844B2 (en) 2001-05-17 2004-02-10 Optronx, Inc. Optical fiber apparatus and associated method
US6526187B1 (en) 2001-05-17 2003-02-25 Optronx, Inc. Polarization control apparatus and associated method
US6603889B2 (en) 2001-05-17 2003-08-05 Optronx, Inc. Optical deflector apparatus and associated method
US6912330B2 (en) * 2001-05-17 2005-06-28 Sioptical Inc. Integrated optical/electronic circuits and associated methods of simultaneous generation thereof
US6748125B2 (en) 2001-05-17 2004-06-08 Sioptical, Inc. Electronic semiconductor control of light in optical waveguide
US6625348B2 (en) 2001-05-17 2003-09-23 Optron X, Inc. Programmable delay generator apparatus and associated method
US6646747B2 (en) 2001-05-17 2003-11-11 Sioptical, Inc. Interferometer apparatus and associated method
US6493502B1 (en) 2001-05-17 2002-12-10 Optronx, Inc. Dynamic gain equalizer method and associated apparatus
JP3876666B2 (ja) * 2001-08-30 2007-02-07 株式会社村田製作所 光デバイス及びその製造方法
US20040144927A1 (en) * 2003-01-28 2004-07-29 Auner Gregory W. Microsystems arrays for digital radiation imaging and signal processing and method for making microsystem arrays
US6853075B2 (en) * 2003-01-28 2005-02-08 Wayne State University Self-assembled nanobump array stuctures and a method to fabricate such structures
US7548364B2 (en) * 2006-07-31 2009-06-16 Applied Materials, Inc. Ultra-fast beam dithering with surface acoustic wave modulator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2655774A1 (fr) * 1989-12-08 1991-06-14 Thomson Csf Perfectionnement aux transistors de puissance en materiaux iii-v sur substrat silicium et procede de fabrication.
US5298457A (en) * 1993-07-01 1994-03-29 G. I. Corporation Method of making semiconductor devices using epitaxial techniques to form Si/Si-Ge interfaces and inverting the material
JP3771287B2 (ja) * 1994-04-15 2006-04-26 富士写真フイルム株式会社 導波路型電気光学素子
FR2726097B1 (fr) * 1994-10-25 1996-11-15 Commissariat Energie Atomique Cellule electro-optique a mode transverse electrique pour un modulateur et procede de realisation d'une telle cellule
JP2920738B2 (ja) * 1995-06-15 1999-07-19 株式会社村田製作所 音響光学偏向素子
US5790719A (en) * 1995-11-28 1998-08-04 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical control device
US5852702A (en) 1996-02-28 1998-12-22 Minolta Co., Ltd. Thin film optical waveguide and optical deflecting device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104246596A (zh) * 2013-02-06 2014-12-24 松下电器产业株式会社 光偏向元件及光偏向装置

Also Published As

Publication number Publication date
US6282357B1 (en) 2001-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2000075328A (ja) 音響光学偏向器
JP5233911B2 (ja) 電気光学素子
JP5367820B2 (ja) 表面プラズモン型光変調器
JP2920738B2 (ja) 音響光学偏向素子
JP3836950B2 (ja) 音響光学デバイス
WO1991003000A1 (en) Optical deflector
JP2000137125A (ja) 拡散型光導波路構造を基板に製作する方法
JP3633045B2 (ja) 波長フィルタ
JP2921208B2 (ja) 波長変換素子および短波長レーザ光源
JP2973963B2 (ja) 短波長光源
JP2000147577A (ja) 音響光学偏向器
JP2502818B2 (ja) 光波長変換素子
JP2000275589A (ja) 光導波路素子
JP3101445B2 (ja) 弾性表面波コンボルバ
JP4354464B2 (ja) 光導波路素子
JP3086239B2 (ja) プロトン交換光導波路とその製造方法及びこの導波路を用いた光偏向器
JP2007322695A (ja) 波長変換素子
JPH09318980A (ja) 光導波路素子
JPH09304798A (ja) 光偏向器
JP2985457B2 (ja) 音響光学可変波長フィルタ
JPH10186423A (ja) 音響光学偏向素子
JP2000056345A (ja) 表面弾性波装置
JP3016387B2 (ja) 光波長フィルタ
JPH11281833A (ja) グレーティングカプラ
JPH09230154A (ja) 薄膜光導波路