JP2010085916A - 光偏向器 - Google Patents

Abstract

【課題】光偏向器の解像点数を増大する。
【解決手段】本発明によれば、ＫＴＮなどの電気光学結晶に電圧を印加して偏向角を制御する光偏向器と、薄層ホログラム導波路を組み合わせることによって、光偏向器の単体での解像点数をさらに増大することができる。本発明の一実施形態によれば、薄層ホログラムは、シングルモードの平面型導波路にグレーティングを形成することによって実現することができる。このグレーティングは、グレーティングの波数ベクトルと、入射光の波数ベクトルとの和の絶対値に等しい大きさの波数ベクトルを有する導波光が存在するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光の進行方向を変える、光偏向器に関するものである。

光の進行方向を変える光偏向器のうち、空間電荷制限電流と２次の電気光学効果を利用するＫＴＮ光偏向器やＫＬＴＮ光偏向器（特許文献１）、１次の電気光学効果を利用する電気光学光偏向器、および、超音波と光弾性効果を利用する音響光学光偏向器は、ガルバノミラーやポリゴンミラー、ＭＥＭＳミラー等と異なり、可動部を持たない固体素子である。従って、偏向角度を変更する際に慣性質量をもつミラーの加速減速の必要が無く、従って、剛性も要求しない為、小型で高速の光偏向器となる。しかし、これら固体素子の光偏向器は、振れ角が小さく、解像度を大きくすることができないという欠点がある。

光偏向器で言うところの解像点数とは、光をスキャンする幅を光スポットの直径で割った値である。スポット径は光の波長にも依存するので、偏向器単体での性能指数は、Φtanθで与えられる。ここで、Φは光偏向器に入射可能なビーム径であり、θは最大偏向半角である。偏向可能な全角度は２θである。光偏向器の出射端から距離ｆの位置に、焦点距離ｆの凸レンズを置いたとする。光偏向器から出射したコリメート光は、出射端から２ｆの位置で集光されることになるが、そのスポットサイズは、波長をλとして概ね２λｆ／Φで表され、集光点は２ｆtanθが移動範囲となる。すなわち、移動範囲をスポット径で割った値、Φtanθ／λが、解像点数を表すことになる。λは必要な波長が用途によって変わるので、波長に依存しないΦtanθが光偏向器に関わる指標となる。

例えば、１次の電気光学効果を利用するプリズム型電気光学光偏向器の典型例としては、±１５ｍｒａｄ．の振れ角と、ビーム径１ｍｍφを例にとると、λ＝５３２ｎｍにおいて、解像点数は２８点になる。あるいは、空間電荷制限電流と２次の電気光学効果を利用するＫＴＮ光偏向器の典型例として、±１２５ｍｒａｄ．の振れ角と、ビーム径０．５ｍｍφを例にとると、λ＝５３２ｎｍにおいて、解像点数は１１８点になる。

超音波と光弾性効果を利用する音響光学光偏向器を含め、これら固体素子は、解像点数が大きくないために、印刷や表示などの分野では使用されず、光ディスクのマスタリングや、レーザーのスイッチングなど、適用分野は産業用・研究用の分野に限られている。

ところで、フォトポリマーのような光に反応する材料に実際に複数光束を同時照射し、光の干渉縞を記録する体積ホログラムが知られている（特許文献２）。

国際公開第２００６／１３７４０８号パンフレット 特許第３３２３１４６号公報

振れ角そのものは、レンズや回折素子のような光学部品によって大きくすることが可能である。しかし、レンズの場合には光ビームそのものの広がり角も同時に大きくしてしまうために、解像点数は不変である。回折素子の場合、回折格子の設計にも依存するが、量産可能なレリーフ型ホログラムの場合、入射角を変化させても回折が起きるためにクロストークは不可避であり、結果として解像点数を大きくすることはできない。この事は、散逸を含まない光学素子は、入射光の情報を増やしも減らしもしないという、より根本的な原理に由来するものであり、入射光の持つ何らかの情報を犠牲にしない限り解像点数を増やすことは出来ないと言うことを示すものである。

本発明は、体積多重ホログラムを用いて、入射光の僅かな入射角変化でブラッグ条件に応じて回折を制御する方法を用いる。振れ角の連続性を犠牲にして、解像点数を増やすことを基本原理とする。しかし、体積多重ホログラムはホログラム媒体の奥行き方向にグレーティングを形成する必要があるため、フォトポリマーのような光に反応する材料に実際に複数光束を同時照射し、光の干渉縞を記録する手段しか知られていない。この方法は大量生産には不向きな上、複数の干渉縞をＮ種類露光すると、回折効率はＮ^-2に比例して減衰してしまうという欠点がある。そこで、量産性があって、かつ、干渉縞の種類の数を増やしても回折効率が減少しない、ホログラムパターンを機械的に転写して作られた導波路ホログラムを体積ホログラムとして用いる。

本発明によれば、光偏向素子の偏向角度の連続性を犠牲にして、偏向角度を大きくし、解像点数を増やすことが可能となる。ガルバノミラー、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳミラー等の機械式の光偏向器に対して、高速性では有利であるものの偏向角度範囲に劣るＫＴＮ光偏向器、電気光学偏向器、音響光学偏向器などの固体素子に本発明を組み合わせることができる。すなわち、ブラック条件を満足した体積ホログラムによる回折を用いると解像点数が増加できる。さらに、薄層ホログラムによる回折を起こさない条件とすると入射光強度の損失を起こさず、光強度の高い回折光を得ることができる。

図１に、本発明の基本構成図を示す。図１は同じものを見る方向を変えて示したものであり、図１（ａ）では、光の偏向方向が紙面に垂直方向であり、図１（ｂ）では、紙面内にある。進行方向が固定され、コリメートされた入射ビーム（１−１）をＫＴＮ光偏向器（１−２）に入射する。ＫＴＮに設けられた電極（１−３）への電圧制御によって、図１（ｂ）において紙面内（ｘ−ｙ面）でビームが偏向される。ここでは、解像点数が少ない光偏向器としてＫＴＮ光偏向器を例示しているが、プリズム型電気光学光偏向器や音響光学光偏向器であっても良い。

ＫＴＮ光偏向器（１−２）から出射した光（１−４）は、シリンドリカルレンズ（１−５）によって集光（１−６）され、ｘ−ｙ面に拡がりｚ方向に光が閉じこめられたスラブ導波路（１−７）の端面にて焦点を結び、ｙ方向に伸びた直線状になる。スラブ導波路（１−７）は、クラッド（１−８）に挟まれたコア（１−９）と、コアクラッド界面に転写によって機械的に凹凸が形成されてできた導波路ホログラム（１−１０）からなる。スラブ導波路（１−７）のコア（１−９）に結合した入射導波光（１−１１）は、導波路ホログラム（１−１０）によって回折され、回折光（１−１２）を発生する。導波路ホログラムの回折効率が、ブラッグ条件が成立したときにはほぼ１００％になるよう、ホログラムの凹凸サイズと導波長が設計されていれば、導波路への入射光（１−１１）の光はほぼ０に減衰し、回折光（１−１２）のみが導波路外へ出射し、ｘ−ｙ面内で偏向し、ｚ方向に拡がる出射光（１−１３）となる。ｚ方向への拡散をシリンドリカルレンズ（１−１４）によって平行に戻し、ｘ−ｙ面に偏向したコリメート光（１−１５）とする。

図２に、導波路面内での入射光、回折光、ホログラムの関係を示す。図２（ａ）は、一対の入射導波光（２−１）と回折光（２−２）、および、導波路ホログラム（２−３）を逆空間で示している。入射導波光（２−１）の波数ベクトル（

）及び回折光（２−２）の波数ベクトル（

）は、大きさ（ｋ）が等しく、すなわち、

であり、

である。ここで、導波路の有効屈折率（ｎ_eff）はコアの屈折率（ｎ_core）とクラッドの屈折率（ｎ_clad）の中間であり、ｎ_coreに近い値を持つ。図２（ｂ）は、同じものを実空間で示したものであるが、入射導波光の進行方向（２−５）及び回折光の進行方向（２−４）は、図２（ａ）の波数ベクトルの向きと同じである。ホログラムであるグレーティング（２−６）は、グレーティングピッチをΛとして、波数ベクトル

の大きさは

で表され、方向は実空間の屈折率が変化する方向を向いている。

ブラッグ条件とは、

を満足することである。ここで、符号は正負どちらでも良い。ブラッグ条件を満たす場合、回折効率（η）は

で表される。ここで、δｎはグレーティングの屈折率変調の振幅、Ｌはグレーティングと入射光の相互作用長、θは、グレーティングベクトルと入射光の波数ベクトルとのなす角度である。

本発明の目的である「解像点数を増やすこと」を実現するためには、図２（ｃ）および（ｄ）に示されるように複数のグレーティングを重畳し、入射導波光の向きが微小に変わると、ブラッグ条件を満足するグレーティングがグレーティング１（２−７，２−１０）、グレーティング２（２−８，２−１２）、グレーティング３（２−９，２−１１）のように変わり、回折される回折光の向きも次々変わる必要がある。なお、図２（ｃ）は、複数のグレーティング１、２および３からなる導波路ホログラムを逆空間で示し、図２（ｄ）は、実空間で示した図である。

ただし、本発明では、グレーティングは導波路のコアクラッド界面内に作られた導波路ホログラムであるから、グレーティングの波数ベクトルはｚ成分を持たず、ｘ−ｙ面内にある。この事は、通常の体積多重ホログラムと異なる状況をもたらす。

図３は、逆空間で導波路ホログラムの回折を説明する図である。図３（ａ）は、導波面を上から見た逆空間の図であり、図３（ｂ）は、導波面を横から見た逆空間の図である。グレーティングの波数ベクトルは、すべてｘ−ｙ面内にある。符号（３−１）は、半径が２πｎ_eff／λのエバルト球の表面を示している。入射導波光の波数ベクトル

をとする。ｘ−ｙ面内にあるグレーティングベクトルの始点をＰとして、三種類のグレーティングベクトル

を考える。Ａ点は０点を含むｘ−ｙ面内でエバルト球上にある。Ｂ点を始点とするｘ−ｙ面の法線はエバルト球（３−１）と交点（Ｂ′）にて交差する。ここで、Ｂ′点は、

とｚ軸のなす角θが、

を満たす領域（３−２）にあるものとする。一方、Ｃ点を始点とする法線とエバルト球（３−１）の交点Ｃ′は、式（５）を満たす領域（３−２）の外にあるものとする。

本発明で意図している導波路ホログラムを用いた体積多重ホログラムとは、

を入射し、

によって回折され、

を波数ベクトルとする回折光を発生するものである。

はｘ−ｙ面内にある。つまり、回折光も導波光である。

Ｂ点はエバルト球面上にないから、

をそれぞれ、

として、ブラッグ条件である式（３）を満足せず、体積ホログラムならば回折を起こさないはずである。しかし、Ｂ′点が図３の領域（３−２）に含まれている場合、

ベクトルを波数ベクトルとする回折光が発生する。これは、

が薄膜型ホログラムとして

に作用した結果である。一方、Ｃ′点が領域（３−２）の外にある場合、

の波数ベクトルをもつ光は導波路内に閉じこめられる。従って、

は導波路構造を持つが故に波数ベクトルとして禁止される。

の波数ベクトルはエネルギー保存則から禁止されるので、

は

によって回折されないことになる。

図４において、複数のグレーティングの作用を説明する。図は、導波路面上（ｚ＝０）の逆空間で描かれている。符号（４−１）は、半径が２πｎ_eff／λの円であり、図３におけるエバルト球（３−１）のｚ＝０との交線である。二種類の導波路への入射光の波数ベクトルを、

とする。Ａ_１、Ｂ_２は円（４−１）上にあるので、

をそれぞれ、

としたとき、および、

をそれぞれ、

としたとき、ブラッグ条件の式（３）を満足するから、

および

を波数ベクトルとする回折光を生じる。

ＯＰ_２に対して回折を生じさせた

は、平行移動して始点をＰ_１にすると、終点Ｂ_１はエバルト球の外になるので、

の入射光に対しては作用しない。

しかし、

に対して回折を生じさせた

は、平行移動して始点をＰ_２に合わせたとき、終点Ａ_２が半径２πｎ_effｎ_clad／ｎ_coreλの円板（４−２）内に入るので、図３のＢ点と同様の効果が起き、

は導波路外に回折する薄膜ホログラムとして働くことになる。従って、

の入射光に対しては、二種類のグレーティングが両方とも作用し、導波路外への回折を不要なものとして遮蔽したとしても、必要な導波路面内の回折

が減殺されることになる。従って、グレーティングを多重化する際には、このような薄膜ホログラムによる回折を生じないように、作用させるべきグレーティングを選ぶ必要がある。

図５に、導波路への入射光と導波路からの出射光の進行方向（手前から奥）を示す。図５（ａ）はブラッグ条件を満たす最も左よりの入射と回折を示し、図５（ｂ）はブラッグ条件を満たす右から２番目の入射と回折を示している。図５（ｃ）はブラッグ条件を満たす最も左よりの入射と回折を示し、図５（ｄ）はブラッグ条件を満たさない入射と回折を示している。

符号（５−１）は、導波路への入射光が取り得る進行方向の角度範囲である。その角度範囲の中で、目盛り（５−２）が打たれた角度にブラッグ条件を満たすグレーティングが存在し、符号（５−３）で示される角度範囲で目盛り（５−４）で打たれた角度に回折を生じるようにする。目盛り（５−２）が打たれた角度間隔では図５（ａ）と（ｂ）でビーム（５−５）とビーム（５−７）は投影面で分離されないが、導波路ホログラムによって回折された場合は目盛り（５−４）の間隔は拡がり、ビーム（５−６）とビーム（５−８）が投影面で互いに分離できるようにする。図５（ｃ）において、入射ビーム（５−９）を最も右に傾けると、回折光（５−１０）の角度は最も左に傾いている。この説明では、入射光の傾きと回折光の傾きが逆方向になっているが、必ずしもこのようにする必要はない。ただし、入射光と回折光を逆方向にすることで、薄膜ホログラムを起こしにくい構成とすることができる。

図５（ｄ）は入射ビーム（５−１１）がブラッグ条件を満たさない角度で入射したときの状況を示している。ブラッグ条件の導波路内での入射角度に対する角度分解能（δθ）は、

で表される。ここで、Ｌは導波光とグレーティングの相互作用長、θはグレーティングベクトルと導波光の波数ベクトルのなす角度である。Ｌが十分長く、入射角のブラッグ条件からのずれが式（６）で表されるδθよりも大きい場合には回折は生じない。しかし、Ｌが短い場合には、ブラッグ条件に近い複数のグレーティングによって、弱い回折が複数生じ、（５−１２）に示されるように複数のビームを発生することになる。

本発明では、ホログラムの原理を使うため、入射光の位相が一意に定まっている必要があり、従って、導波路はシングルモードでなければならない。その為、コアの厚み（ｄ）は、

でなければならない。例えば、λ＝６５０ｎｍで、ｎ_core＝１．５２、ｎ_clad＝１．５０の時、ｄ＜１．３２μｍである。この様な狭いコアにビームを結合させる為には、システムを厳密にアライメントした後、動かないように固めるか、あるいは、ビームがコア位置に来るように変更できるようにするか、どちらかのシステムを組む必要がある。

図６は、後者の方式を採用した場合の構成を示している。図６（ａ）は、積層された導波路を断面方向から見た図であり、図６（ｂ）は、積層された導波路を上から見た図である。シリンドリカルレンズで線状に集光したビームがコアに沿うように制御するために、ｘ−ｚ平面内でビームを偏向する電極（６−６）が形成されたＫＴＮ偏向器（６−５）を用いる。入射ビーム（６−１）は、電極（６−３）が形成されたＫＴＮ偏向器（６−２）によってｘ−ｙ面内で偏向され、次いで、λ／２板（６−１７）によって偏向面を９０°回転した後、前述のＫＴＮ偏向器（６−５）に入射する。２個のＫＴＮ偏向器を通過したビーム（６−７）は２次元に偏向されており、シリンドリカルレンズ（６−８）によって線状に集光される。集光線のｚ方向の位置はＫＴＮ偏向器（６−５）によって変えることが出来るので、コアへの結合効率が高くなるように電極（６−６）への印加電圧を調節すればよい。

図６では、積層した導波路（６−１０）を用いている。ビームのｚ方向の位置を変調できるのであるから、導波路を積層しておけば、結合する導波層を選択することにより、ｘ−ｚ面内での偏向も可能となる。導波路の出射端側にギャップ（６−１６）を設けておけば、ｘ−ｚ面内での偏向角度を大きくすることが可能である。ただし、ｘ−ｚ面内での偏向に関しては、解像点数を増やすわけではなく、偏向角度を変更するだけならシリンドリカルレンズ（６−１４）の焦点距離を変えることでも可能なので、ギャップ（６−１６）は、必ずしも必要ではない。このように、ｘ−ｚ面内で偏向を可能にするＫＴＮ偏向器（６−５）を追加することで、導波路への結合を大きくする手段を与えることができる。また、積層することによって、薄層ホログラムによる回折を生じさせないグレーティングを選択することができる。

次に、図７に、入射光（７−１）の導波路（７−２）への結合を保証するための方法を示す。本図においても、導波路間にギャップを設けているが、このようなギャップは必ずしも必要ではなく、導波路を単に積層して構成することができる。図７において、スラブ導波路（７−２）は、積層されている図を描いたが、必ずしも導波路が積層されている必要はない。導波路の中に導波路外に回折を起こすグレーティングが描かれた領域（７−３）と、導波路外に回折した回折光（７−７）の光強度を検出できる受光素子（７−９）を配置する。導波路外に回折を生じさせるためのグレーティングとは、図３において、

なる波数ベクトルをもつグレーティングである。このグレーティングによって、回折光は導波路面の法線方向に回折されるので、受光素子（７−９）の受光量が最大になる電圧を電極（６−６）に印加すれば良い。本発明の核心である導波路内での回折領域（７−４）よりも前にこの領域（７−３）を設けることで、入射導波路の進行方向の振れ幅が小さく、従って、回折光（７−７）の出射角度の振れ角も小さくなり、受光素子（７−９）の受光面積を小さくできるというメリットが生じる。

さらに、導波路内での回折光に対して、導波路外に回折（７−８）を生じさせるグレーティング（７−５，７−６）と受光素子群（７−１０）を設けることで、ＫＴＮ偏向器と導波路の設置角度誤差やＫＴＮ偏向器の劣化をモニタリングし、それらを補償することが可能となる。なお、最終的に導波路端からの出射光（７−１１，７−１２，７−１３，７−１４）の光量を減殺させないために、モニタリングのグレーティング領域（７−２，７−５，７−６）の回折効率は小さくしておく必要がある。具体的には、グレーティングの幅（ｘ方向の長さ）を短くすることで制御を行う。

本発明では、体積ホログラムの原理を用いているので、式（４）で示されるように回折効率は１００％が可能である。しかし、熱膨張やアライメントずれなど様々な要因によって、常に１００％の回折効率を補償することは困難である。その場合、入射光と回折光の両方が導波路端から出射され、用途によっては問題となる場合がある。そこで、１００％以下の回折効率において、入射光を遮る工夫をする。

図８は、回折効率が１００％でない場合に入射光を除去する方法を説明するための図である。図８（ａ）において、１層目のスラブ導波路（８−１）は、（８−２）の入射角度範囲に対して、（８−３）の回折角度で回折光を生じるようにする。２層目のスラブ導波路（８−４）は、同じ入射角度（８−２）に対して、１層目とは逆方向の領域（８−５）に回折を生じせしめる。図８（ｂ）は、これら二つの導波路を積層した導波路（８−６）を示しており、入射導波路を選択することによって、回折光の範囲を（８−３）から（８−５）まで広げることが可能となる。しかし、単に積層しただけの状態（Ａ）では、１００％以下の回折効率の場合、０次光である入射光が弱い光量ながらも出射（８−２）されるのでクロストークを生じる。

そこで、図８（ｃ）では、０次光を遮る遮光板（８−７）の追加によって、回折効率の大小に関わらず、０次光を除去するようにしている。ただし、この構成では、あまり光を偏向しない状態が死角となってしまう。そこで、図８（ｄ）では、プリズム（８−８）を追加することによって、偏向角度範囲内に死角を無くすことが可能となる。

図１および図９を参照して、実施例１について説明する。図９は、導波路を上から見た図であり、導波路上での複数のグレーティングの構成を説明するための図である。

使用光（１−１）を、コリメートされた波長８３０ｎｍのレーザー光とする。ＫＴＮ光偏向器（１−２）の偏向角度は±５°のものを使用し、ビーム径は０．５ｍｍφとする。Φtanθ＝０．０４３７ｍｍであるから、λ＝８３０ｎｍにおいて、ＫＴＮ光偏向器単独での解像点数は５２点である。

導波路（１−７）のコア、クラッドの屈折率をそれぞれ、１．５３，１．５０とすると、導波路の開口数はＮＡ＝０．３であるから、シリンドリカルレンズ（１−５）の焦点距離を１ｍｍとして、レンズのＮＡを導波路のＮＡより若干低いＮＡ＝０．２４とする。コアの厚みは、シングルモード条件である１．３８μｍより若干薄い１．２μｍとする。シリンドリカルレンズによる集光線の幅は３．４６μｍ、焦点深度は±７．２μｍである。従って、シリンドリカルレンズ（１−５）と導波路（１−７）の入射端面のアライメントは顕微鏡を用いて±５μｍの精度で行う。

入射導波光の振れ角度は、スネルの法則に従って±３．２７°となる。解像点数として２６０点を要求すると、導波路外で振れ幅は５０°必要であり、導波路内では５°〜３３．５°の振れ角に変換できれば目的を達成することになる。グレーティングは、深さ５０ｎｍ、幅７０ｎｍの溝を、要求されるグレーティングベクトルを形成するよう周期的に配置する。ただし、複数のグレーティングを重畳するとき、溝が重なり合った部分の深さを変化させることはしない。７０ｎｍに統一する。さらに、図９のように回折次数の領域を分けたグレーティング（９−５〜９−８）を作製する。

第ｍ番目の回折光の導波路内の角度φ_ｍを、導波路外で一定角度間隔になるよう、

とする。ここで、ｍは、０から２５９の整数である。一方、φ_ｍに対応する入射光の導波路内の角度Φ_ｍは、ΔΦ_ｍ＝Φ_m+1−Φ_ｍ、Φ_０＝−３．２７°、Φ₂₅₉＝３．２７°として、漸化式

を満足するように係数Ａを決定する。例えば、Ａの計算値は、Ａ＝０．００００３６５０９３４１４６６となる。

各回折に寄与するグレーティングベクトル

は、

で与えられ、ｍ番目のグレーティングの周期を

とし、各溝の方向は導波面内でグレーティングベクトルに垂直方向に伸びるものとする。グレーティングの周期（Λ）は、ｍ＝０に対する０．８μｍから、ｍ＝２５９に対する１７．９６μｍまで存在する。

つぎに、グレーティングを描画する位置をｍに応じて変更する。図９に示すように、ここでは、面積が１５×２０ｍｍ^２の導波面をもつスラブ導波路の入射端をｘ＝０として、０≦ｍ＜６５のグレーティング（９−８）を、２ｍｍ＜ｘ＜４ｍｍの位置に、６５≦ｍ＜１３０のグレーティング（９−７）を、４ｍｍ＜ｘ＜６ｍｍの位置に、１３０≦ｍ＜１９５のグレーティング（９−６）を、６ｍｍ＜ｘ＜８ｍｍの位置に、１９５≦ｍ＜２６０のグレーティング（９−５）を、８ｍｍ＜ｘ＜１０ｍｍの位置にそれぞれを重畳して描画する。ただし、グレーティングの各溝は上記ｘの領域内で繋がった溝ではなく、最短の長さを４μｍとしたランダム長、ランダムギャップの破線からなり、線の被覆率（ζ）は、Λの単位をμｍとして
ζ＝０．０５Λ （11）
となるようにする。図９において、入射光（９−２）に対して（９−４）の方向に回折光が出射し、さらに、回折効率が１００％でない場合には、０次光（９−３）が出射される。このように、回折次数ごとにグレーティングを分けて配置することによって薄層ホログラム回折を生じさせないようにすることができる。なお、導波路内の回折光の方向は、式（１０）に従って変化する。

上記実施例１の図９で示したグレーティングパターンを紙面において上下反転したパターンを作製すると、図１０（ａ）に示すようにグレーティング（９−９）による回折は（９−１０）方向に発生する。図９を第一層に、図１０（ａ）を第２層に配置して、お互いのコアを隔てるクラッド厚みを１０μｍとして積層導波路（９−１１）を作製すると、図９（ｂ）に示すように、層選択によって偏向範囲（９−１３）は広がり、解像点数が２６０点の２倍の５２０点にまで増大する。図９（ｂ）では、０次光を遮蔽する０．５ｍｍ幅×０．１ｍｍ高さの遮蔽板（９−１２）を配置し、残留０次光を遮蔽する構成を例示している。

さらに、１ｍｍ＜ｘ＜１．５ｍｍの範囲で、波数ベクトル

が

なるグレーティング（９−１４）を形成したものである。グレーティング（９−１４）からの回折光は導波路の鉛直上下方向に回折されるので、この光を受光素子で受け、ピークサーチをすることによって導波路への結合を最大にすることが可能となる。

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上記の実施形態においては、偏向器として、ＫＴＮ偏向器を用いて説明したが、ＫＴＮと同様に空間電荷制限電流と２次の電気光学効果を利用するＬＬＴＮ（Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３）を用いることもできるし、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）、ＢＴ（ＢａＴｉＯ_３）、ＳＢＮ（Ｓｒ_１−ｘＢａ_ｘＮｂ_２Ｏ_６）を用いた１次の電気光学効果を利用するプリズム方電気光学光偏向器を用いることもできる。このように、ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。

本発明の基本構成を示す図であり、図１（ａ）は導波路の断面方向から見た図であり、図１（ｂ）は、導波路面を上から見た図である。 グレーティングを有する導波路面内での入射光、回折光、および導波路ホログラムの関係を示す図であり、図２（ａ）は入射光、回折光、および導波路ホログラムを逆空間で示した図であり、図２（ｂ）は入射光、回折光、および導波路ホログラムを実空間で示した図であり、図２（ｃ）は複数のグレーティングからなる導波路ホログラムを逆空間で示した図であり、図２（ｄ）は複数のグレーティングからなる導波路ホログラムを実空間で示した図である。 導波路ホログラムの回折を逆空間で説明する図であり、図３（ａ）は導波路面を上から見た逆空間の図であり、図３（ｂ）は導波路面を横から見た逆空間の図である。 導波路ホログラムでの多重ホログラムを逆空間で説明する図である。 導波路への入射光と導波路からの出射光の進行方向を示す図であり、図５（ａ）はブラッグ条件を満たす最も右よりの入射光と回折光を示し、図５（ｂ）はブラッグ条件を満たす右から２番目の入射光と回折光を示し、図５（ｃ）はブラッグ条件を満たす最も左よりの入射光と回折光を示し、図５（ｄ）はブラッグ条件を満たさない入射光と回折光を示す図である。 本発明において、入射光のビームが導波路コアに入射するようにする構成を示す図であり、図６（ａ）は導波路の断面方向から見た図であり、図６（ｂ）は導波路面を上から見た図である。 本発明において、入射光のビームが導波路に結合する強度をモニタするようにする構成を示す図であり、図７（ａ）は導波路の断面方向から見た図であり、図７（ｂ）は導波路面を上から見た図である。 本発明において、回折効率が１００％でない場合に入射光を除去する方法を説明するための図であり、図８（ａ）は１層目および２層目のそれぞれの入射光の入射角度範囲に対する回折光の回折角度範囲を示し、図８（ｂ）は１層目および２層目を組み合わせた場合の入射光の入射角度範囲に対する回折光の回折角度範囲を示し、図８（ｃ）は０次光を遮る遮光版を追加した構成を示し、図８（ｄ）はさらにプリズムを追加した構成を示している。 本発明の実施例１を説明するための図である。 本発明の実施例２を説明するための図である。

符号の説明

１−１ 入射ビーム
１−２ 光偏向器
１−３ 電極
１−４ 出射光
１−５ シリンドリカルレンズ
１−６ 集光ビーム
１−７ スラブ導波路
１−８ クラッド
１−９ コア
１−１０ 導波路ホログラム
１−１１ 入射導波光
１−１２ 回折光
１−１３ 出射光
１−１４ シリンドリカルレンズ
１−１５ コリメート光
２−１ 入射導波光
２−２ 回折光
２−３ 導波路ホログラム
２−４ 回折光の進行方向
２−５ 入射導波光の進行方向
２−６，２−７，２−８，２−９，２−１０，２−１１，２−１２ グレーティング
３−１ エバルト球
３−２ 領域
４−１ 円
４−２ 円板
５−１ 入射光が取り得る進行方向の角度範囲
５−２ ブラッグ条件を満たすグレーティングの存在を示す目盛り
５−３ 回折を生じる角度範囲
５−４ 回折を生じる目盛り
５−５，５−６，５−７，５−８ ビーム
５−９ 入射ビーム
５−１０ 回折光
５−１１ 入射ビーム
５−１２ 複数のビーム
６−１ 入射ビーム
６−２ 偏向器
６−３ 電極
６−４ 偏向した光
６−５ 偏向器
６−６ 電極
６−７ ビーム
６−８ シリンドリカルレンズ
６−９ 集光ビーム
６−１０ 積層導波路
６−１１ 入射導波光
６−１２ 回折光
６−１３ 出射光
６−１４ シリンドリカルレンズ
６−１５ コリメート光
６−１６ ギャップ
６−１７ 半波長板
７−１ 入射光
７−２ 導波路
７−３ 導波路外に回折を起こすグレーティングが描かれた領域
７−４ 導波路内での回折領域
７−５ 導波路外に回折を生じさせるグレーティング
７−６ 導波路外に回折を生じさせるグレーティング
７−７，７−８ 導波路外に回折した回折光
７−９ 受光素子
７−１０ 受光素子群
７−１１，７−１２，７−１３，７−１４ 出射光
８−１ スラブ導波路
８−２ 入射角度範囲
８−３ 回折角度範囲
８−４ スラブ導波路
８−５ 回折角度範囲
８−６ 積層導波路
８−７ 遮光板
８−８ プリズム
８−９，８−１０ 回折角度範囲
９−１ スラブ導波路
９−２ 入射光
９−３ ０次光
９−４ 回折光の方向
９−５，９−６，９−７，９−８ グレーティング領域
９−９ グレーティング領域群
９−１０ 回折光の方向
９−１１ 積層導波路
９−１２ 遮蔽板
９−１３ 偏向範囲
９−１４ グレーティング領域

Claims (10)

1. 光の進行方向を変える光偏向器であって、
   入射光に対してシングルモードである平面型導波路と、
   前記平面型導波路に対して、前記入射光の水平方向の入射角を変える偏向手段とを備え、
   前記平面型導波路は、ｉを回折次数として、導波路内に波数ベクトルＫｉを有するグレーティングを備え、
   前記グレーティングは、前記波数ベクトルＫｉと、前記入射光の波数ベクトルｋ_ｒとの和の絶対値に等しい大きさの波数ベクトルｋ_ｓを有する導波光が存在するように構成されたことを特徴とする光偏向器。
2. 請求項１に記載の光偏向器であって、
   前記平面型導波路は、前記導波光の一部を導波路外に回折する回折手段を備えたことを特徴とする光偏向器。
3. 請求項２に記載の光偏向器であって、
   前記平面型導波路は、前記導波路外に回折された光を検出する受光手段をさらに備えたことを特徴とする光偏向器。
4. 請求項３に記載の光偏向器であって、
   前記平面型導波路に対して、前記入射光の垂直方向の入射角を変える第２の偏向手段をさらに備え、
   前記垂直方向の入射角は、前記受光手段で検出される光の強度に基づいて、前記第２の偏向手段により変えられるように構成されたことを特徴とする光偏向器。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光偏向器であって、
   前記グレーティングは、前記波数ベクトルＫｉと、前記導波光の波数ベクトルｋ_ｓとを足し合わせたベクトルの終点のエバルト球面上への射影が、前記平面型導波路のコアおよびクラッドの屈折率をそれぞれｎ_ｃｏｒｅおよびｎ_ｃｌａｄとして、ｎ_ｃｏｒｅｓｉｎθ＜ｎ_ｃｌａｄを満たすように構成されたことを特徴とする光偏向器。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光偏向器であって、
   前記平面型導波路が複数積層されたことを特徴とする光偏向器。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の光偏向器であって、
   前記偏向手段は、ＫＴＮまたはＫＬＴＮを用いたことを特徴とする光偏向器。
8. 請求項１から６のいずれかに記載の光偏向器であって、
   前記偏向手段は、ＬＮ、ＢＴ、またはＳＢＮを用いたことを特徴とする光偏向器。
9. 請求項１から６のいずれかに記載の光偏向器であって、
   前記偏向手段は、超音波と光弾性効果を利用した音響光学光偏向器を用いたことを特徴とする光偏向器。
10. 請求項１から６のいずれかに記載の光偏向器であって、
    前記平面型導波路は、その出射端面にプリズムおよび光遮蔽板の少なくとも一方を備えたことを特徴とする光偏向器。

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