JP2010085916A - Light deflector - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the number of resolution points of a light deflector. <P>SOLUTION: The light deflector which applies voltage to electro-optic crystal such as KTN (potassium tantalate niobate) to control deflection angle is combined with a thin-layer hologram-waveguide to further increase the number of resolution points of the light deflector alone. In one embodiment, the thin-layer hologram is obtained by forming a grating in a single-mode planar waveguide. This waveguide is configured so as to generate a guided wave whose wavelength vector has the same magnitude as the absolute value of the sum of wavelength vectors of the grating and incident light. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to an optical deflector that changes the traveling direction of light.

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。   Among optical deflectors that change the traveling direction of light, a KTN optical deflector or a KLTN optical deflector that uses a space charge limited current and a secondary electro-optic effect (Patent Document 1) uses a primary electro-optic effect. The electro-optic light deflector and the acousto-optic light deflector that utilizes ultrasonic waves and the photoelastic effect are solid elements having no movable parts, unlike galvano mirrors, polygon mirrors, MEMS mirrors, and the like. Therefore, when changing the deflection angle, there is no need to accelerate or decelerate the mirror having the inertial mass, and therefore no rigidity is required, so that a small and high-speed optical deflector is obtained. However, these solid-state optical deflectors have the disadvantage that the deflection angle is small and the resolution cannot be increased.

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。   The number of resolution points referred to in the optical deflector is a value obtained by dividing the light scanning width by the diameter of the light spot. Since the spot diameter also depends on the wavelength of light, the performance index of the deflector alone is given by Φtanθ. Here, Φ is the beam diameter that can enter the optical deflector, and θ is the maximum deflection half angle. The total deflectable angle is 2θ. It is assumed that a convex lens having a focal length f is placed at a distance f from the emission end of the optical deflector. The collimated light emitted from the optical deflector is condensed at a position 2f from the emission end, but the spot size is expressed as approximately 2λf / Φ where the wavelength is λ, and the focal point is moved by 2ftanθ. It becomes a range. That is, the value obtained by dividing the moving range by the spot diameter, Φtanθ / λ, represents the number of resolution points. Since the required wavelength of λ varies depending on the application, Φtanθ, which does not depend on the wavelength, is an index related to the optical deflector.

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。   For example, as a typical example of a prism-type electro-optic light deflector using the first-order electro-optic effect, ± 15 mrad. For example, when λ is 532 nm, the number of resolution points is 28. Alternatively, as a typical example of a KTN optical deflector using a space charge limited current and a secondary electro-optic effect, ± 125 mrad. Taking the angle of deflection and the beam diameter of 0.5 mm as an example, the resolution is 118 points at λ = 532 nm.

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。   These solid-state devices, including acousto-optic deflectors that utilize ultrasonic and photoelastic effects, are not used in fields such as printing and display because they do not have a large number of resolution points. Application fields are limited to industrial and research fields.

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)。   By the way, there is known a volume hologram that records a light interference fringe by actually irradiating a light-responsive material such as a photopolymer with a plurality of light beams simultaneously (Patent Document 2).

国際公開第2006/137408号パンフレットInternational Publication No. 2006/137408 Pamphlet 特許第3323146号公報Japanese Patent No. 3323146

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。   The deflection angle itself can be increased by an optical component such as a lens or a diffraction element. However, in the case of a lens, the spread angle of the light beam itself is increased at the same time, so the number of resolution points is unchanged. In the case of a diffraction element, depending on the design of the diffraction grating, in the case of a relief hologram that can be mass-produced, crosstalk is inevitable because diffraction occurs even if the incident angle is changed, resulting in a large number of resolution points. I can't do it. This is due to the more fundamental principle that an optical element that does not contain dissipation does not increase or decrease the information of incident light. This indicates that it cannot be increased.

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。 The present invention uses a method of controlling diffraction according to Bragg conditions with a slight change in incident angle of incident light using a volume multiplexed hologram. The basic principle is to increase the number of resolution points at the expense of continuity of deflection angle. However, since volume multiplex holograms need to form a grating in the depth direction of the hologram medium, there is only a means for recording light interference fringes by actually irradiating multiple light beams simultaneously onto a material that reacts to light such as a photopolymer. unknown. This method is not suitable for mass production, and when N types of a plurality of interference fringes are exposed, the diffraction efficiency is attenuated in proportion to N −2 . Therefore, a waveguide hologram produced by mechanically transferring a hologram pattern, which is mass-productive and does not decrease the diffraction efficiency even when the number of types of interference fringes is increased, is used as a volume hologram.

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。   According to the present invention, it is possible to increase the deflection angle and increase the number of resolution points at the expense of the continuity of the deflection angle of the optical deflection element. Solid mechanical elements such as KTN optical deflectors, electro-optic deflectors, acousto-optic deflectors, which are advantageous in terms of high speed but inferior in the deflection angle range, compared to mechanical optical deflectors such as galvanometer mirrors, polygon mirrors, MEMS mirrors The present invention can be combined. That is, the number of resolution points can be increased by using diffraction by a volume hologram that satisfies the black condition. Furthermore, if the diffraction is not caused by the thin hologram, the incident light intensity is not lost, and diffracted light with high light intensity can be obtained.

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。   FIG. 1 shows a basic configuration diagram of the present invention. FIG. 1 shows the same viewing direction changed. In FIG. 1A, the light deflection direction is perpendicular to the paper surface, and in FIG. 1B, it is within the paper surface. A collimated incident beam (1-1) having a fixed traveling direction is incident on the KTN optical deflector (1-2). By controlling the voltage applied to the electrode (1-3) provided in the KTN, the beam is deflected in the plane of the paper (xy plane) in FIG. 1 (b). Here, a KTN optical deflector is illustrated as an optical deflector with a small number of resolution points, but a prism type electro-optic light deflector or an acousto-optic light deflector may be used.

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。   The light (1-4) emitted from the KTN optical deflector (1-2) is condensed (1-6) by the cylindrical lens (1-5), spreads on the xy plane, and is confined in the z direction. The slab waveguide (1-7) has a straight line extending in the y direction by focusing on the end face. The slab waveguide (1-7) includes a core (1-9) sandwiched between clads (1-8) and a waveguide hologram (1- 10). The incident guided light (1-11) coupled to the core (1-9) of the slab waveguide (1-7) is diffracted by the waveguide hologram (1-10) to generate diffracted light (1-12). . If the hologram unevenness size and the waveguide length are designed so that the diffraction efficiency of the waveguide hologram is almost 100% when the Bragg condition is satisfied, the light incident on the waveguide (1-11) is almost Attenuated to 0, only the diffracted light (1-12) is emitted out of the waveguide, is deflected in the xy plane, and becomes emitted light (1-13) that spreads in the z direction. Diffusion in the z direction is returned to parallel by a cylindrical lens (1-14), and collimated light (1-15) deflected to the xy plane is obtained.

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(   FIG. 2 shows the relationship between incident light, diffracted light, and hologram in the waveguide plane. FIG. 2A shows a pair of incident guided light (2-1), diffracted light (2-2), and waveguide hologram (2-3) in an inverted space. Wave vector of incident guided light (2-1) (

Figure 2010085916
Figure 2010085916

)及び回折光(2−2)の波数ベクトル( ) And wave vector of diffracted light (2-2) (

Figure 2010085916
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)は、大きさ(k)が等しく、すなわち、 ) Are equal in magnitude (k), ie

Figure 2010085916
Figure 2010085916

であり、 And

Figure 2010085916
Figure 2010085916

である。ここで、導波路の有効屈折率(neff)はコアの屈折率(ncore)とクラッドの屈折率(nclad)の中間であり、ncore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 It is. Here, the effective refractive index (n eff ) of the waveguide is intermediate between the refractive index of the core (n core ) and the refractive index of the clad (n clad ), and has a value close to n core . FIG. 2B shows the same thing in real space, but the traveling direction (2-5) of the incident guided light and the traveling direction (2-4) of the diffracted light are as shown in FIG. The direction of the wave vector is the same. The grating (2-6), which is a hologram, has a wave number vector where the grating pitch is Λ.

Figure 2010085916
Figure 2010085916

の大きさは The size of

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 The direction is the direction in which the refractive index of real space changes.

ブラッグ条件とは、   What is the Bragg condition?

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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 Is to satisfy. Here, the sign may be positive or negative. When the Bragg condition is satisfied, the diffraction efficiency (η) is

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 It is represented by Here, δn is the amplitude of the refractive index modulation of the grating, L is the interaction length between the grating and the incident light, and θ is the angle formed by the grating vector and the wave number vector of the incident light.

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。   In order to realize “increasing the number of resolution points” which is the object of the present invention, a plurality of gratings are superimposed as shown in FIGS. 2C and 2D, and the direction of incident guided light is made minute. When changed, the grating satisfying the Bragg condition changes to Grating 1 (2-7, 2-10), Grating 2 (2-8, 2-12), Grating 3 (2-9, 2-11), The direction of the diffracted light to be diffracted needs to change one after another. FIG. 2C shows a waveguide hologram composed of a plurality of gratings 1, 2 and 3 in an inverted space, and FIG. 2D shows a real space.

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。   However, in the present invention, since the grating is a waveguide hologram formed in the core clad interface of the waveguide, the wave number vector of the grating has no z component and is in the xy plane. This leads to a situation different from a normal volume multiplex hologram.

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2πneff/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 FIG. 3 is a diagram for explaining diffraction of a waveguide hologram in an inverse space. FIG. 3A is a diagram of the inverted space when the waveguide surface is viewed from above, and FIG. 3B is a diagram of the inverted space when the waveguide surface is viewed from the side. The wave number vectors of the grating are all in the xy plane. Reference numeral (3-1) indicates the surface of the Ewald sphere having a radius of 2πn eff / λ. Wave vector of incident guided light

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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 Let's say. Three types of grating vectors, where P is the starting point of the grating vector in the xy plane

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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、 think of. The point A is on the Ewald sphere in the xy plane including the zero point. The normal of the xy plane starting from point B intersects the Ewald sphere (3-1) at the intersection (B '). Here, B 'point is

Figure 2010085916
Figure 2010085916

とz軸のなす角θが、 And the angle θ between the z axis and

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 It shall be in the area | region (3-2) which satisfy | fills. On the other hand, the intersection C ′ between the normal line starting from the point C and the Ewald sphere (3-1) is assumed to be outside the region (3-2) that satisfies the equation (5).

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、   Volume multiplexed holograms using waveguide holograms intended in the present invention are:

Figure 2010085916
Figure 2010085916

を入射し、 Incident,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

によって回折され、 Diffracted by

Figure 2010085916
Figure 2010085916

を波数ベクトルとする回折光を発生するものである。 Produces diffracted light having a wave vector of.

Figure 2010085916
Figure 2010085916

はx−y面内にある。つまり、回折光も導波光である。 Is in the xy plane. That is, diffracted light is also guided light.

B点はエバルト球面上にないから、   Because point B is not on the Ewald sphere,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

をそれぞれ、 Respectively

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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、 If the volume hologram does not satisfy the Bragg condition, the expression (3) should not cause diffraction. However, when the point B ′ is included in the region (3-2) in FIG.

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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、 Diffracted light having a vector as a wave vector is generated. this is,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

が薄膜型ホログラムとして As a thin-film hologram

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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、 It is the result of acting on. On the other hand, when the point C ′ is outside the region (3-2),

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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、 Light having a wave vector of is confined in the waveguide. Therefore,

Figure 2010085916
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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。 Is prohibited as a wave vector because of its waveguide structure.

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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、 Since the wave vector of is forbidden by the law of conservation of energy,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

Is

Figure 2010085916
Figure 2010085916

によって回折されないことになる。 It will not be diffracted by.

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2πneff/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、 In FIG. 4, the operation of the plurality of gratings will be described. The figure is drawn in an inverse space on the waveguide plane (z = 0). Reference numeral (4-1) denotes a circle having a radius of 2πn eff / λ, and is an intersection line with z = 0 of the Ewald sphere (3-1) in FIG. The wave vector of the incident light to the two types of waveguides

Figure 2010085916
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とする。A、Bは円(4−1)上にあるので、 And Since A 1 and B 2 are on the circle (4-1),

Figure 2010085916
Figure 2010085916

をそれぞれ、 Respectively

Figure 2010085916
Figure 2010085916

としたとき、および、 And

Figure 2010085916
Figure 2010085916

をそれぞれ、 Respectively

Figure 2010085916
Figure 2010085916

としたとき、ブラッグ条件の式(3)を満足するから、 Since the expression (3) of the Bragg condition is satisfied,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

および and

Figure 2010085916
Figure 2010085916

を波数ベクトルとする回折光を生じる。 Produces diffracted light having a wave vector of.

OPに対して回折を生じさせた Produced diffraction for OP 2

Figure 2010085916
Figure 2010085916

は、平行移動して始点をPにすると、終点Bはエバルト球の外になるので、 , When the start point P 1 moves parallel, because the end point B 1 represents fall outside of the Ewald sphere,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

の入射光に対しては作用しない。 Does not act on the incident light.

しかし、   But,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

に対して回折を生じさせた Caused diffraction

Figure 2010085916
Figure 2010085916

は、平行移動して始点をPに合わせたとき、終点Aが半径2πneffclad/ncoreλ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、 Is translating to when the combined start point P 2, since the end point A 2 enters the disk of radius 2πn eff n clad / n core λ (4-2) in the same effect as the point B in FIG. 3 Happened,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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、 Acts as a thin film hologram that diffracts out of the waveguide. Therefore,

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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 Even if both types of gratings act on the incident light, and the diffraction out of the waveguide is shielded as unnecessary, the necessary diffraction in the waveguide plane

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 Will be diminished. Therefore, when multiplexing the gratings, it is necessary to select a grating to be acted upon so as not to cause diffraction by such a thin film hologram.

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。   FIG. 5 shows the traveling direction (front to back) of the incident light to the waveguide and the outgoing light from the waveguide. FIG. 5A shows the leftmost incidence and diffraction satisfying the Bragg condition, and FIG. 5B shows the second incidence and diffraction from the right satisfying the Bragg condition. FIG. 5C shows the incidence and diffraction from the left most satisfying the Bragg condition, and FIG. 5D shows the incidence and diffraction not satisfying the Bragg condition.

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。   Reference numeral (5-1) denotes an angle range in the traveling direction that the light incident on the waveguide can take. Within that angle range, there is a grating that satisfies the Bragg condition at the angle at which the scale (5-2) was struck, and it was struck by the scale (5-4) within the angle range indicated by reference numeral (5-3). Make diffraction at the angle. At the angular interval at which the scale (5-2) is struck, the beams (5-5) and (5-7) are not separated on the projection plane in FIGS. 5 (a) and 5 (b), but are diffracted by the waveguide hologram. In this case, the interval between the scales (5-4) is widened so that the beam (5-6) and the beam (5-8) can be separated from each other on the projection plane. In FIG. 5C, when the incident beam (5-9) is tilted to the right, the angle of the diffracted light (5-10) is tilted to the left. In this explanation, the inclination of the incident light and the inclination of the diffracted light are opposite, but this is not necessarily required. However, by making the incident light and the diffracted light in opposite directions, a configuration in which a thin film hologram does not easily occur can be obtained.

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、   FIG. 5D shows a situation when the incident beam (5-11) is incident at an angle that does not satisfy the Bragg condition. The angular resolution (δθ) with respect to the incident angle in a waveguide under Bragg conditions is

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 It is represented by Here, L is the interaction length between the guided light and the grating, and θ is the angle formed by the grating vector and the wave vector of the guided light. When L is sufficiently long and the deviation of the incident angle from the Bragg condition is larger than δθ expressed by equation (6), diffraction does not occur. However, when L is short, a plurality of weak diffractions are generated by a plurality of gratings close to the Bragg condition, and a plurality of beams are generated as shown in (5-12).

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、   In the present invention, since the hologram principle is used, the phase of the incident light needs to be uniquely determined. Therefore, the waveguide must be single mode. Therefore, the core thickness (d) is

Figure 2010085916
Figure 2010085916

でなければならない。例えば、λ=650nmで、ncore=1.52、nclad=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。 Must. For example, when λ = 650 nm, n core = 1.52, and n clad = 1.50, d <1.32 μm. To couple the beam to such a narrow core, either align the system tightly and then fix it so that it does not move, or allow the beam to change to the core position. It is necessary to form.

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。   FIG. 6 shows a configuration when the latter method is adopted. FIG. 6A is a view of the laminated waveguide as seen from the cross-sectional direction, and FIG. 6B is a view of the laminated waveguide as seen from above. A KTN deflector (6-5) in which an electrode (6-6) for deflecting the beam in the xz plane is formed in order to control the beam condensed linearly by the cylindrical lens along the core. Use. The incident beam (6-1) is deflected in the xy plane by the KTN deflector (6-2) on which the electrode (6-3) is formed, and then deflected by the λ / 2 plate (6-17). After rotating the surface by 90 °, the light enters the aforementioned KTN deflector (6-5). The beam (6-7) that has passed through the two KTN deflectors is deflected two-dimensionally and is condensed linearly by the cylindrical lens (6-8). Since the position of the condensing line in the z direction can be changed by the KTN deflector (6-5), the voltage applied to the electrode (6-6) may be adjusted so that the coupling efficiency to the core is increased.

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。   In FIG. 6, a laminated waveguide (6-10) is used. Since the position of the beam in the z direction can be modulated, if waveguides are stacked, deflection in the xz plane can be performed by selecting a waveguide layer to be coupled. If a gap (6-16) is provided on the output end side of the waveguide, the deflection angle in the xz plane can be increased. However, regarding the deflection in the xz plane, the number of resolution points is not increased, and if only the deflection angle is changed, it is possible to change the focal length of the cylindrical lens (6-14). 16) is not necessarily required. Thus, by adding a KTN deflector (6-5) that enables deflection in the xz plane, a means for increasing the coupling to the waveguide can be provided. Further, by laminating, it is possible to select a grating that does not cause diffraction by a thin-layer hologram.

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、   Next, FIG. 7 shows a method for ensuring the coupling of incident light (7-1) to the waveguide (7-2). Also in this figure, a gap is provided between the waveguides, but such a gap is not always necessary, and the waveguides can be simply laminated. In FIG. 7, the slab waveguide (7-2) is illustrated as being stacked, but the waveguides are not necessarily stacked. A region (7-3) in which a grating causing diffraction outside the waveguide is drawn in the waveguide, and a light receiving element (7-9) that can detect the light intensity of the diffracted light (7-7) diffracted outside the waveguide ). The grating for generating diffraction outside the waveguide is shown in FIG.

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 It is a grating with a wave vector. Since the diffracted light is diffracted by the grating in the normal direction of the waveguide surface, a voltage that maximizes the amount of light received by the light receiving element (7-9) may be applied to the electrode (6-6). By providing this region (7-3) before the diffraction region (7-4) in the waveguide which is the core of the present invention, the fluctuation width in the traveling direction of the incident waveguide is small. The deflection angle of the emission angle of (7-7) is also reduced, and there is an advantage that the light receiving area of the light receiving element (7-9) can be reduced.

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。   Furthermore, by providing a grating (7-5, 7-6) and a light receiving element group (7-10) for generating diffraction (7-8) outside the waveguide for the diffracted light in the waveguide, It is possible to monitor and compensate for the installation angle error between the KTN deflector and the waveguide and the deterioration of the KTN deflector. It should be noted that the grating region (7-2, 7-5, 7-5) for monitoring is not used in order to prevent the amount of light emitted from the waveguide end (7-11, 7-12, 7-13, 7-14) from being finally reduced. The diffraction efficiency of 7-6) needs to be small. Specifically, the control is performed by shortening the width of the grating (the length in the x direction).

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。   In the present invention, since the principle of volume hologram is used, the diffraction efficiency can be 100% as shown in the equation (4). However, it is difficult to always compensate 100% diffraction efficiency due to various factors such as thermal expansion and misalignment. In that case, both incident light and diffracted light are emitted from the end of the waveguide, which may be problematic depending on the application. Therefore, a device for blocking incident light is made at a diffraction efficiency of 100% or less.

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。   FIG. 8 is a diagram for explaining a method of removing incident light when the diffraction efficiency is not 100%. In FIG. 8A, the first-layer slab waveguide (8-1) generates diffracted light at the diffraction angle of (8-3) with respect to the incident angle range of (8-2). . The second layer slab waveguide (8-4) causes diffraction in the region (8-5) opposite to the first layer for the same incident angle (8-2). FIG. 8B shows a waveguide (8-6) in which these two waveguides are laminated. By selecting the incident waveguide, the range of diffracted light is changed from (8-3) to (8- 5) can be expanded. However, in the state (A) in which the layers are simply laminated, in the case of diffraction efficiency of 100% or less, the incident light, which is zero-order light, is emitted (8-2) with a small amount of light, and thus crosstalk occurs.

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。   Therefore, in FIG. 8C, the 0th-order light is removed regardless of the diffraction efficiency by adding the light shielding plate (8-7) that blocks the 0th-order light. However, in this configuration, a state where light is not deflected so much becomes a blind spot. Therefore, in FIG. 8D, it is possible to eliminate the blind spot within the deflection angle range by adding the prism (8-8).

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。   Example 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 9. FIG. 9 is a diagram of the waveguide as viewed from above, and is a diagram for explaining a configuration of a plurality of gratings on the waveguide.

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。   The used light (1-1) is collimated laser light having a wavelength of 830 nm. The deflection angle of the KTN optical deflector (1-2) is ± 5 °, and the beam diameter is 0.5 mmφ. Since Φtanθ = 0.0437 mm, the number of resolution points with the KTN optical deflector alone is 52 at λ = 830 nm.

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。   If the refractive indexes of the core and clad of the waveguide (1-7) are 1.53 and 1.50, respectively, the numerical aperture of the waveguide is NA = 0.3, so that the cylindrical lens (1-5) The focal length is 1 mm, and the lens NA is set to NA = 0.24, which is slightly lower than the NA of the waveguide. The thickness of the core is set to 1.2 μm, which is slightly smaller than the single mode condition of 1.38 μm. The width of the condensing line by the cylindrical lens is 3.46 μm, and the focal depth is ± 7.2 μm. Therefore, alignment of the incident end faces of the cylindrical lens (1-5) and the waveguide (1-7) is performed with a precision of ± 5 μm using a microscope.

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。   The deflection angle of the incident guided light is ± 3.27 ° according to Snell's law. If 260 resolution points are required, a deflection width of 50 ° is required outside the waveguide, and the object can be achieved if it can be converted to a deflection angle of 5 ° to 33.5 ° inside the waveguide. The grating periodically arranges grooves having a depth of 50 nm and a width of 70 nm so as to form a required grating vector. However, when a plurality of gratings are superimposed, the depth of the portion where the grooves overlap is not changed. Unify to 70 nm. Furthermore, as shown in FIG. 9, gratings (9-5 to 9-8) in which the diffraction order regions are divided are produced.

第m番目の回折光の導波路内の角度φを、導波路外で一定角度間隔になるよう、 The angle φ m in the waveguide of the m-th diffracted light is set at a constant angle interval outside the waveguide.

Figure 2010085916
Figure 2010085916

とする。ここで、mは、0から259の整数である。一方、φに対応する入射光の導波路内の角度Φは、ΔΦ=Φm+1−Φ、Φ=−3.27°、Φ259=3.27°として、漸化式 And Here, m is an integer from 0 to 259. On the other hand, the angle [Phi m in the waveguide of the incident light corresponding to phi m is, ΔΦ m = Φ m + 1 -Φ m, Φ 0 = -3.27 °, as Φ 259 = 3.27 °, recurrence formula

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 The coefficient A is determined so as to satisfy For example, the calculated value of A is A = 0.00003650934146.

各回折に寄与するグレーティングベクトル   Grating vector contributing to each diffraction

Figure 2010085916
Figure 2010085916

は、 Is

Figure 2010085916
Figure 2010085916

で与えられ、m番目のグレーティングの周期を The period of the mth grating is given by

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 And the direction of each groove extends in the direction perpendicular to the grating vector in the waveguide plane. The period (Λ) of the grating ranges from 0.8 μm for m = 0 to 17.96 μm for m = 259.

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。
Next, the position for drawing the grating is changed according to m. As shown in FIG. 9, here, assuming that the incident end of a slab waveguide having a waveguide surface with an area of 15 × 20 mm 2 is x = 0, a grating (9-8) of 0 ≦ m <65 is 2 mm <x <4 mm position, 65 ≦ m <130 grating (9-7), 4 mm <x <6 mm position, 130 ≦ m <195 grating (9-6), 6 mm <x <8 mm position In addition, a grating (9-5) of 195 ≦ m <260 is drawn by superimposing each on a position of 8 mm <x <10 mm. However, each groove of the grating is not a groove connected in the region x, but is composed of a random length with a minimum length of 4 μm and a broken line of a random gap, and the line coverage (ζ) is a unit of Λ. As μm ζ = 0.05Λ (11)
To be. In FIG. 9, the diffracted light is emitted in the direction of (9-4) with respect to the incident light (9-2), and if the diffraction efficiency is not 100%, the 0th-order light (9-3) is emitted. Is done. In this way, it is possible to prevent the thin-layer hologram diffraction from occurring by arranging the grating separately for each diffraction order. Note that the direction of diffracted light in the waveguide changes according to the equation (10).

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。   When a pattern in which the grating pattern shown in FIG. 9 of the first embodiment is vertically inverted on the paper surface is produced, diffraction by the grating (9-9) occurs in the (9-10) direction as shown in FIG. 10 (a). . When the laminated waveguide (9-11) is manufactured by arranging FIG. 9 in the first layer and FIG. 10 (a) in the second layer and setting the cladding thickness separating the cores to 10 μm, FIG. 9 (b) As shown, the deflection range (9-13) is expanded by layer selection, and the number of resolution points increases to 520, which is twice the 260 points. FIG. 9B illustrates a configuration in which a shielding plate (9-12) of 0.5 mm width × 0.1 mm height that shields the 0th-order light is arranged to shield the remaining 0th-order light.

さらに、1mm<x<1.5mmの範囲で、波数ベクトル   Furthermore, in the range of 1 mm <x <1.5 mm, the wave vector

Figure 2010085916
Figure 2010085916

But

Figure 2010085916
Figure 2010085916

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。 A grating (9-14) is formed. Since the diffracted light from the grating (9-14) is diffracted in the vertical vertical direction of the waveguide, it is possible to maximize the coupling to the waveguide by receiving this light at the light receiving element and performing a peak search. Become.

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(K1−yLiTa1−xNb)を用いることもできるし、LN(LiNbO)、BT(BaTiO)、SBN(Sr1−xBaNb)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。 While the present invention has been described with respect to several specific embodiments, the embodiments described herein are merely illustrative in view of the many possible embodiments to which the principles of the present invention can be applied. It is not intended to limit the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, the KTN deflector is used as the deflector. However, as in the case of KTN, LLTN (K 1-y Li y Ta) that uses a space charge limiting current and a secondary electro-optic effect is used. 1-x Nb x O 3 ) can be used, and the primary electro-optic effect using LN (LiNbO 3 ), BT (BaTiO 3 ), SBN (Sr 1-x Ba x Nb 2 O 6 ) can be used. A prism-type electro-optic light deflector to be used can also be used. As described above, the configuration and details of the embodiment exemplified here can be changed without departing from the gist of the present invention. Further, the illustrative components and procedures may be changed, supplemented, or changed in order without departing from the spirit of the invention.

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。It is a figure which shows the basic composition of this invention, Fig.1 (a) is the figure seen from the cross-sectional direction of the waveguide, FIG.1 (b) is the figure which looked at the waveguide surface from the top. 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。It is a figure which shows the relationship between the incident light in the waveguide surface which has a grating, a diffracted light, and a waveguide hologram, and Fig.2 (a) is a figure which showed incident light, the diffracted light, and the waveguide hologram in reverse space 2 (b) is a diagram showing incident light, diffracted light, and a waveguide hologram in real space, and FIG. 2 (c) is a diagram showing a waveguide hologram composed of a plurality of gratings in reverse space. FIG. 2D is a diagram showing a waveguide hologram composed of a plurality of gratings in real space. 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。FIG. 3A is a diagram for explaining diffraction of a waveguide hologram in an inverse space, FIG. 3A is a diagram of the inverse space when the waveguide surface is viewed from above, and FIG. 3B is a diagram when the waveguide surface is viewed from the side. FIG. 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。It is a figure explaining the multiple hologram in a waveguide hologram in reverse space. 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。It is a figure which shows the advancing direction of the incident light to a waveguide, and the emitted light from a waveguide, Fig.5 (a) shows the incident light and diffracted light from the right most satisfying Bragg conditions, and FIG.5 (b) is FIG. The second incident light and diffracted light from the right satisfying the Bragg condition are shown, FIG. 5C shows the leftmost incident light and diffracted light satisfying the Bragg condition, and FIG. 5D does not satisfy the Bragg condition. It is a figure which shows incident light and diffracted light. 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。FIG. 6 is a diagram showing a configuration in which a beam of incident light is incident on a waveguide core in the present invention, FIG. 6A is a diagram viewed from the cross-sectional direction of the waveguide, and FIG. It is the figure which looked at the waveguide surface from the top. 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。FIG. 7A is a diagram showing a configuration for monitoring the intensity at which an incident light beam is coupled to a waveguide in the present invention, and FIG. 7A is a diagram seen from the cross-sectional direction of the waveguide, and FIG. ) Is a view of the waveguide surface as viewed from above. 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。FIG. 8A is a diagram for explaining a method of removing incident light when the diffraction efficiency is not 100% in the present invention, and FIG. 8A shows the incident angle ranges of incident light of the first and second layers. FIG. 8B shows the diffraction angle range of the diffracted light, FIG. 8B shows the diffraction angle range of the diffracted light with respect to the incident angle range of the incident light when the first layer and the second layer are combined, and FIG. FIG. 8 (d) shows a configuration in which a prism is further added. FIG. 本発明の実施例1を説明するための図である。It is a figure for demonstrating Example 1 of this invention. 本発明の実施例2を説明するための図である。It is a figure for demonstrating Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
1-1 Incident beam 1-2 Optical deflector 1-3 Electrode 1-4 Emission light 1-5 Cylindrical lens 1-6 Condensed beam 1-7 Slab waveguide 1-8 Clad 1-9 Core 1-10 Waveguide Hologram 1-11 Incident guided light 1-12 Diffracted light 1-13 Outgoing light 1-14 Cylindrical lens 1-15 Collimated light 2-1 Incident guided light 2-2 Diffracted light 2-3 Waveguide hologram 2-4 Traveling direction 2-5 Traveling direction of incident guided light 2-6, 2-7, 2-8, 2-9, 2-10, 2-11, 2-12 Grating 3-1 Ewald sphere 3-2 Region 4- 1 Circle 4-2 Disc 5-1 Angle range of traveling direction that incident light can take 5-2 Scale indicating existence of grating satisfying Bragg condition 5-3 Angle range for generating diffraction 5-4 Scale for generating diffraction 5- 5,5 -6, 5-7, 5-8 beam 5-9 incident beam 5-10 diffracted light 5-11 incident beam 5-12 multiple beams 6-1 incident beam 6-2 deflector 6-3 electrode 6-4 deflection 6-5 Deflector 6-6 Electrode 6-7 Beam 6-8 Cylindrical lens 6-9 Condensed beam 6-10 Laminated waveguide 6-11 Incoming waveguide light 6-12 Diffracted light 6-13 Outgoing light 6-6 14 Cylindrical lens 6-15 Collimated light 6-16 Gap 6-17 Half-wave plate 7-1 Incident light 7-2 Waveguide 7-3 Region where grating that causes diffraction outside the waveguide is drawn 7-4 Inside the waveguide 7-5 Grating 7-7 that produces diffraction outside the waveguide 7-6 Grating that produces diffraction outside the waveguide 7-7, 7-8 Diffracted light diffracted outside the waveguide 7-9 Light receiving element 7- 10 Light receiving element group 7-11, 7-12, 7-13, 7-14 Emission light 8-1 Slab waveguide 8-2 Incident angle range 8-3 Diffraction angle range 8-4 Slab waveguide 8-5 Diffraction angle range 8-6 Multilayer waveguide 8-7 Light shielding plate 8-8 Prism 8-9, 8-10 Diffraction angle range 9-1 Slab waveguide 9-2 Incident light 9-3 0th order light 9-4 Direction of diffracted light 9 -5, 9-6, 9-7, 9-8 Grating region 9-9 Grating region group 9-10 Direction of diffracted light 9-11 Multilayer waveguide 9-12 Shielding plate 9-13 Deflection range 9-14 Grating region

Claims (10)

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との和の絶対値に等しい大きさの波数ベクトルk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。
An optical deflector that changes the traveling direction of light,
A planar waveguide that is single mode for incident light;
Deflection means for changing a horizontal incident angle of the incident light with respect to the planar waveguide,
The planar waveguide includes a grating having a wave vector Ki in the waveguide, where i is the diffraction order,
The grating is configured such that there is guided light having a wave vector k s having a magnitude equal to the absolute value of the sum of the wave vector Ki and the wave vector k r of the incident light. Optical deflector.
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。
The optical deflector according to claim 1, comprising:
The planar waveguide includes a diffracting means for diffracting a part of the guided light out of the waveguide.
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。
The optical deflector according to claim 2, wherein
The planar deflector further comprises light receiving means for detecting light diffracted outside the waveguide.
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。
The optical deflector according to claim 3, wherein
A second deflecting unit that changes an incident angle of the incident light in a vertical direction with respect to the planar waveguide;
The optical deflector, wherein the incident angle in the vertical direction is configured to be changed by the second deflecting unit based on the intensity of light detected by the light receiving unit.
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ncoreおよびncladとして、ncoresinθ<ncladを満たすように構成されたことを特徴とする光偏向器。
The optical deflector according to any one of claims 1 to 4,
In the grating, the projection of the end point of the vector obtained by adding the wave vector Ki and the wave vector k s of the guided light onto the Evalt sphere gives the refractive indices of the core and clad of the planar waveguide to n. as core and n clad, n core sinθ <optical deflector, characterized in that it is configured so as to satisfy n clad.
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。
An optical deflector according to any one of claims 1 to 5,
An optical deflector comprising a plurality of the planar waveguides laminated.
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。
The optical deflector according to any one of claims 1 to 6,
An optical deflector using KTN or KLTN as the deflecting means.
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。
The optical deflector according to any one of claims 1 to 6,
An optical deflector using LN, BT, or SBN as the deflecting means.
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。
The optical deflector according to any one of claims 1 to 6,
An optical deflector using an acousto-optic light deflector utilizing ultrasonic waves and a photoelastic effect as the deflecting means.
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。
The optical deflector according to any one of claims 1 to 6,
The planar waveguide includes at least one of a prism and a light shielding plate on an emission end face thereof.
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