JP2004245913A - 導波型音響光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、スパッタなどで成膜する薄膜で問題となる光の伝搬損失の問題を解決し、かつ従来のニオブ酸リチウムなどによる導波型音響光学素子よりも高効率で低電界動作可能な導波型音響光学素子を提供することにある。
【解決手段】２つの基板を該基板よりも屈折率の小さい接着層で張り合わせ、該基板のいずれかひとつを研磨などの手法を用いて薄くすることによりスラブ状の光導波路を構成し、該スラブ状の光導波路を備えることを特徴とする導波型音響光学素子である。
【選択図】図１
【解決手段】２つの基板を該基板よりも屈折率の小さい接着層で張り合わせ、該基板のいずれかひとつを研磨などの手法を用いて薄くすることによりスラブ状の光導波路を構成し、該スラブ状の光導波路を備えることを特徴とする導波型音響光学素子である。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を備える導波型音響光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザースキャナーやレーザープリンターなどの電子写真応用機器において、レーザービームなどの光波を偏向させてスキャン動作を行わせるために、音響光学偏向素子が用いられている。この種の音響光学偏向素子を含む導波型音響光学素子などの光制御素子では、光波を導くために光導波路が構成されている。
【０００３】
従来の音響光学偏向素子における光導波路は、基板と、基板上に該基板よりも屈折率の大きな薄膜を光導波層として形成した構造を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光導波路では、スパッタ成膜などのプロセスにより形成されているものの場合、光導波層を成膜する際にストレスを受け、それによって光導波層においてクラックが発生したり、基板の反りによりベンディング損失が発生することがあった。なお、ベンディング損失とは、基板の反りにより導波される光の損失が生じる現象をいう。
【０００５】
従って、従来の光導波路では光の伝搬損失が比較的大きいため、該光導波路や光導波路を用いた音響光学素子などの挿入損失が大きくなるという欠点があった。
【０００６】
また、研磨などの手法を用いて薄くすることによりスラブ状に形成される光導波路においては、２つの基板を前記基板よりも屈折率の小さい接着層で張り合わせ、前記基板のいずれかひとつを研磨などの手法を用いて薄くすることにより光導波路を形成する方法があるが、これについてはニオブ酸リチウムなどにのみにしか適用されていない（非特許文献１）。しかし、ニオブ酸リチウムの場合、電気機械結合係数が小さいため、音響光学素子として用いる場合には非常に高い電圧を加えなければ動作しない。
【０００７】
本発明の目的は、スパッタなどで成膜する薄膜で問題となる光の伝搬損失の問題を解決し、かつ従来のニオブ酸リチウムなどによる導波型音響光学素子よりも高効率で低電界動作可能な導波型音響光学素子を提供することにある。
【０００８】
【非特許文献１】川口竜生、吉野隆史、今枝美能留、水内公典、北岡康夫、山本和久、「張り合わせ・リッジ構造ＬＮ光導波路を用いたＱＰＭ−ＳＨＧデバイス」、信学技報ＬＱＥ２００２−８、ｐ．２９
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２つの基板を該基板よりも屈折率の小さい接着層で張り合わせ、該基板の少なくともひとつはニオブ酸カリウムからなり、このニオブ酸カリウム基板を研磨などの手法を用いて薄くすることによりスラブ状の光導波路を構成し、該スラブ状の光導波路を備えることを特徴とする導波型音響光学素子である。
【００１０】
光導波路を作製するために薄くする方法としては、機械研磨と化学研磨、ケミカルエッチングを組み合わせて行なうことが望ましい。
【００１１】
本発明にかかる光導波路では、研磨などの手法を用いて薄板化されたスラブ状の第１の基板が光導波層として機能する。すなわち、第１の基板に導かれた光波は、基板と接着層との屈折率差により、該第１の基板内を進行することになる。従って、後述の実施例から明らかなように、該基板がもともと単結晶の基板であり、スパッタなどの成膜法により形成されたものではないため、結晶性がよく、反りの影響も少なく、光の伝搬損失を低減することができる。
【００１２】
さらに、前記基板のうち、スラブ状光導波路となる第１の基板にニオブ酸カリウムを用いることにより、従来のニオブ酸リチウムより電気機械結合定数が大きいため、効率のよい、低電界動作可能な音響光学素子を構成することができ得る。
【００１３】
本発明においては、好ましくは、前記基板のうち、両方をニオブ酸カリウムで構成することが望ましい。しかし、熱膨張率が同程度の材料であれば、他の材料の適切な切出し面を用いることも可能である。
またニオブ酸カリウム基板の表面に表面弾性波を励振させるためのくし型電極を設けることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光導波路が用いられた導波型音響光学素子の一例を示す略図的斜視図である。導波型音響光学素子４は、ニオブ酸カリウムからなる光導波層となる第一の基板１と樹脂などによる接着層３、および第２の基板２を用いて構成されている。基板２を構成する材料としては、ニオブ酸カリウムに限らず適宜の材料を用いることができるが、第１の基板と熱膨張差が小さいことが好ましい。したがって第二の基板もニオブ酸カリウムからなることが好ましい。
【００１５】
本発明の特徴は、前記光導波路層が電気機械結合定数の大きいニオブ酸カリウムにより構成され、かつ、導波層を作製する際に、２つの基板を樹脂などの接着層により張り合わせたのち、第１の基板を研磨などの手法を用いて薄くすることにより光導波路層を形成することに特徴がある。
【００１６】
導波型音響光学素子１では、ニオブ酸カリウムよりなる第１の基板１上に、一対のプリズム５，６が所定距離を隔てて対向配置されている。導波型音響光学素子４では、レーザーからの光波Ａがプリズム５から入射され、光導波層としての第１の基板１内を通過する。従って、プリズム５，６間の領域において、光波Ａが第１の基板１内を進行する。
【００１７】
他方、上記光波Ａが進行する領域の側方には、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）７，８が配置されている。ＩＤＴ７，８は、ニオブ酸カリウムよりなる第１の基板１上に、それぞれ、例えばアルミニウムからなる一対のくし歯電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂを形成することにより構成されている。ＩＤＴ７に所定の交流電圧を印加することにより、表面波が励振され、該表面波Ｂにより、第１の基板１内を通過している光波がＢｒａｇｇ回折する。Ｂｒａｇｇ回折の回折角は、上記弾性表面波Ｂの波長により決定され、従って、この弾性表面波Ｂの波長を変更することにより、レーザーから照射された光波Ａを偏向することができ、導波光の制御を行うことができる。偏向された光波はプリズム６から取り出される。
【００１８】
本発明の導波型音響光学素子４では、光導波層として機能する第１の基板にニオブ酸カリウムを用いることにより、従来のニオブ酸リチウムを用いた場合よりも効率が約１０倍よくなり、印加電界を約１／１０にすることが出きる。これを、以下の具体的な実験例に基づき説明する。
【００１９】
なお、ニオブ酸カリウムの切出し面としては、電気機械結合定数が大きく音波の伝播速度が温度によらない４５°回転Ｙ板、または６０°回転Ｙ板のＸ軸伝播の弾性表面波を用いることが望ましい。
【００２０】
【実施例】
本実施例においては、図１に示すように第１の基板１、第２の基板２にニオブ酸カリウム単結晶を用い、接着層に樹脂製の接着剤を用いる。第１、第２の基板として、２５×２５×０．５（ｍｍ）の寸法のニオブ酸カリウムを用意した。第１の基板と第２の基板を接着層３を介して熱硬化を利用して張り合わせたのち、第１の基板１を化学研磨して薄くすることにより約４μｍまで削り、スラブ状の光導波路を形成した。
【００２１】
この手法により形成された光導波路はスパッタなどに寄り作製された薄膜とはことなり、もともと単結晶の基板であるため、結晶の品質や成膜時のストレスによる基板の反りなどの発生の問題が生じず、光導波路の光伝搬損失の低減を図り得ることが予想される。
【００２２】
さらに、光導波型音響光学素子４としてニオブ酸カリウムを用いることにより、従来のニオブ酸リチウムなどによる音響光学素子よりも１０倍効率のよい素子が実現できる。
【００２３】
実際に、上記のようにして第１，第２の基板１，２および接着層３を有する音響光学素子４に対して、光導波層である第１の基板上にプリズム５，６及びＩＤＴ７，８を図１に示したように形成して導波型音響光学素子４を作製した。なお、プリズム５，６間の距離は２０ｍｍとし、ＩＤＴ７，８の電極指の対数は１０対、電極指交差幅は５ｍｍ、電極指間ピッチは５μｍとした。
【００２４】
このようにして作製された導波型音響光学素子１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザーの０．６３２８μｍの波長の光をプリズム５から入射し、該レーザー光を偏向特性を調べた。その結果、ニオブ酸カリウムのスラブ状導波路を用いることにより、ＩＤＴにより表面弾性波Ｂを励振する際に必要な印加電圧が、従来のニオブ酸リチウムにより形成された導波型音響光学素子に比べ約１／１０で抑えることができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の光導波路では、光導波層として機能する第１の基板をスパッタなどの成膜により作製したものではなく、基板を切出したものを用いることにより、結晶性がよく反りの効果を低減でき、さらに、ニオブ酸カリウムを用いることにより、低駆動電圧で導波型音響光学素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路が備えられた導波型音響光学素子の一例を説明するための略図的斜視図。
【符号の説明】
１…第１の基板
２…第２の基板
３…接着層
４…導波型音響光学素子
５…入射用プリズム
６…出射用プリズム
７…ＩＤＴ
８…ＩＤＴ
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を備える導波型音響光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザースキャナーやレーザープリンターなどの電子写真応用機器において、レーザービームなどの光波を偏向させてスキャン動作を行わせるために、音響光学偏向素子が用いられている。この種の音響光学偏向素子を含む導波型音響光学素子などの光制御素子では、光波を導くために光導波路が構成されている。
【０００３】
従来の音響光学偏向素子における光導波路は、基板と、基板上に該基板よりも屈折率の大きな薄膜を光導波層として形成した構造を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光導波路では、スパッタ成膜などのプロセスにより形成されているものの場合、光導波層を成膜する際にストレスを受け、それによって光導波層においてクラックが発生したり、基板の反りによりベンディング損失が発生することがあった。なお、ベンディング損失とは、基板の反りにより導波される光の損失が生じる現象をいう。
【０００５】
従って、従来の光導波路では光の伝搬損失が比較的大きいため、該光導波路や光導波路を用いた音響光学素子などの挿入損失が大きくなるという欠点があった。
【０００６】
また、研磨などの手法を用いて薄くすることによりスラブ状に形成される光導波路においては、２つの基板を前記基板よりも屈折率の小さい接着層で張り合わせ、前記基板のいずれかひとつを研磨などの手法を用いて薄くすることにより光導波路を形成する方法があるが、これについてはニオブ酸リチウムなどにのみにしか適用されていない（非特許文献１）。しかし、ニオブ酸リチウムの場合、電気機械結合係数が小さいため、音響光学素子として用いる場合には非常に高い電圧を加えなければ動作しない。
【０００７】
本発明の目的は、スパッタなどで成膜する薄膜で問題となる光の伝搬損失の問題を解決し、かつ従来のニオブ酸リチウムなどによる導波型音響光学素子よりも高効率で低電界動作可能な導波型音響光学素子を提供することにある。
【０００８】
【非特許文献１】川口竜生、吉野隆史、今枝美能留、水内公典、北岡康夫、山本和久、「張り合わせ・リッジ構造ＬＮ光導波路を用いたＱＰＭ−ＳＨＧデバイス」、信学技報ＬＱＥ２００２−８、ｐ．２９
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２つの基板を該基板よりも屈折率の小さい接着層で張り合わせ、該基板の少なくともひとつはニオブ酸カリウムからなり、このニオブ酸カリウム基板を研磨などの手法を用いて薄くすることによりスラブ状の光導波路を構成し、該スラブ状の光導波路を備えることを特徴とする導波型音響光学素子である。
【００１０】
光導波路を作製するために薄くする方法としては、機械研磨と化学研磨、ケミカルエッチングを組み合わせて行なうことが望ましい。
【００１１】
本発明にかかる光導波路では、研磨などの手法を用いて薄板化されたスラブ状の第１の基板が光導波層として機能する。すなわち、第１の基板に導かれた光波は、基板と接着層との屈折率差により、該第１の基板内を進行することになる。従って、後述の実施例から明らかなように、該基板がもともと単結晶の基板であり、スパッタなどの成膜法により形成されたものではないため、結晶性がよく、反りの影響も少なく、光の伝搬損失を低減することができる。
【００１２】
さらに、前記基板のうち、スラブ状光導波路となる第１の基板にニオブ酸カリウムを用いることにより、従来のニオブ酸リチウムより電気機械結合定数が大きいため、効率のよい、低電界動作可能な音響光学素子を構成することができ得る。
【００１３】
本発明においては、好ましくは、前記基板のうち、両方をニオブ酸カリウムで構成することが望ましい。しかし、熱膨張率が同程度の材料であれば、他の材料の適切な切出し面を用いることも可能である。
またニオブ酸カリウム基板の表面に表面弾性波を励振させるためのくし型電極を設けることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光導波路が用いられた導波型音響光学素子の一例を示す略図的斜視図である。導波型音響光学素子４は、ニオブ酸カリウムからなる光導波層となる第一の基板１と樹脂などによる接着層３、および第２の基板２を用いて構成されている。基板２を構成する材料としては、ニオブ酸カリウムに限らず適宜の材料を用いることができるが、第１の基板と熱膨張差が小さいことが好ましい。したがって第二の基板もニオブ酸カリウムからなることが好ましい。
【００１５】
本発明の特徴は、前記光導波路層が電気機械結合定数の大きいニオブ酸カリウムにより構成され、かつ、導波層を作製する際に、２つの基板を樹脂などの接着層により張り合わせたのち、第１の基板を研磨などの手法を用いて薄くすることにより光導波路層を形成することに特徴がある。
【００１６】
導波型音響光学素子１では、ニオブ酸カリウムよりなる第１の基板１上に、一対のプリズム５，６が所定距離を隔てて対向配置されている。導波型音響光学素子４では、レーザーからの光波Ａがプリズム５から入射され、光導波層としての第１の基板１内を通過する。従って、プリズム５，６間の領域において、光波Ａが第１の基板１内を進行する。
【００１７】
他方、上記光波Ａが進行する領域の側方には、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）７，８が配置されている。ＩＤＴ７，８は、ニオブ酸カリウムよりなる第１の基板１上に、それぞれ、例えばアルミニウムからなる一対のくし歯電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂを形成することにより構成されている。ＩＤＴ７に所定の交流電圧を印加することにより、表面波が励振され、該表面波Ｂにより、第１の基板１内を通過している光波がＢｒａｇｇ回折する。Ｂｒａｇｇ回折の回折角は、上記弾性表面波Ｂの波長により決定され、従って、この弾性表面波Ｂの波長を変更することにより、レーザーから照射された光波Ａを偏向することができ、導波光の制御を行うことができる。偏向された光波はプリズム６から取り出される。
【００１８】
本発明の導波型音響光学素子４では、光導波層として機能する第１の基板にニオブ酸カリウムを用いることにより、従来のニオブ酸リチウムを用いた場合よりも効率が約１０倍よくなり、印加電界を約１／１０にすることが出きる。これを、以下の具体的な実験例に基づき説明する。
【００１９】
なお、ニオブ酸カリウムの切出し面としては、電気機械結合定数が大きく音波の伝播速度が温度によらない４５°回転Ｙ板、または６０°回転Ｙ板のＸ軸伝播の弾性表面波を用いることが望ましい。
【００２０】
【実施例】
本実施例においては、図１に示すように第１の基板１、第２の基板２にニオブ酸カリウム単結晶を用い、接着層に樹脂製の接着剤を用いる。第１、第２の基板として、２５×２５×０．５（ｍｍ）の寸法のニオブ酸カリウムを用意した。第１の基板と第２の基板を接着層３を介して熱硬化を利用して張り合わせたのち、第１の基板１を化学研磨して薄くすることにより約４μｍまで削り、スラブ状の光導波路を形成した。
【００２１】
この手法により形成された光導波路はスパッタなどに寄り作製された薄膜とはことなり、もともと単結晶の基板であるため、結晶の品質や成膜時のストレスによる基板の反りなどの発生の問題が生じず、光導波路の光伝搬損失の低減を図り得ることが予想される。
【００２２】
さらに、光導波型音響光学素子４としてニオブ酸カリウムを用いることにより、従来のニオブ酸リチウムなどによる音響光学素子よりも１０倍効率のよい素子が実現できる。
【００２３】
実際に、上記のようにして第１，第２の基板１，２および接着層３を有する音響光学素子４に対して、光導波層である第１の基板上にプリズム５，６及びＩＤＴ７，８を図１に示したように形成して導波型音響光学素子４を作製した。なお、プリズム５，６間の距離は２０ｍｍとし、ＩＤＴ７，８の電極指の対数は１０対、電極指交差幅は５ｍｍ、電極指間ピッチは５μｍとした。
【００２４】
このようにして作製された導波型音響光学素子１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザーの０．６３２８μｍの波長の光をプリズム５から入射し、該レーザー光を偏向特性を調べた。その結果、ニオブ酸カリウムのスラブ状導波路を用いることにより、ＩＤＴにより表面弾性波Ｂを励振する際に必要な印加電圧が、従来のニオブ酸リチウムにより形成された導波型音響光学素子に比べ約１／１０で抑えることができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の光導波路では、光導波層として機能する第１の基板をスパッタなどの成膜により作製したものではなく、基板を切出したものを用いることにより、結晶性がよく反りの効果を低減でき、さらに、ニオブ酸カリウムを用いることにより、低駆動電圧で導波型音響光学素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路が備えられた導波型音響光学素子の一例を説明するための略図的斜視図。
【符号の説明】
１…第１の基板
２…第２の基板
３…接着層
４…導波型音響光学素子
５…入射用プリズム
６…出射用プリズム
７…ＩＤＴ
８…ＩＤＴ
Claims (2)
- ２つの基板を該基板よりも屈折率の小さい接着層で張り合わせ、該基板の少なくともひとつをニオブ酸カリウムで構成し、前記のニオブ酸カリウム基板を薄くすることによりスラブ状の光導波路を構成し、該スラブ状の光導波路を備えることを特徴とする導波型音響光学素子。
- 請求項１において、前記のニオブ酸カリウムによるスラブ状の光導波路上にくし歯電極を設けることにより表面弾性波を励振させてることを特徴とする導波型音響光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003033129A JP2004245913A (ja) | 2003-02-12 | 2003-02-12 | 導波型音響光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003033129A JP2004245913A (ja) | 2003-02-12 | 2003-02-12 | 導波型音響光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004245913A true JP2004245913A (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=33019208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003033129A Pending JP2004245913A (ja) | 2003-02-12 | 2003-02-12 | 導波型音響光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004245913A (ja) |
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2003
- 2003-02-12 JP JP2003033129A patent/JP2004245913A/ja active Pending
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