JP2018010118A - Optical deflector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光偏向装置に関する。 The present invention relates to an optical deflecting device.
(光偏向装置とは)
光通信や3次元距離計測等の分野において、光を機械的な走査なしに高速掃引できる、光フェーズドアレイ(例えば、特許文献1等)(以下、「光偏向装置」という)の研究開発が進められている。
光偏向装置は複数の出力光に基づいて合成光ビームを発生するデバイスであり、多数の出力ポートを備え、各出力ポートから出力される各出力光ビームの位相分布を制御することによって、所望の偏向方向や収束・発散性をもつ合成光ビームを得ることができる。
(What is a light deflector?)
In fields such as optical communication and three-dimensional distance measurement, research and development of an optical phased array (for example, Patent Document 1) (hereinafter referred to as “optical deflecting device”) that can sweep light at high speed without mechanical scanning is progressing. It has been.
An optical deflecting device is a device that generates a combined light beam based on a plurality of output lights, and includes a plurality of output ports, and controls a phase distribution of each output light beam output from each output port to thereby obtain a desired light beam. A combined light beam having a deflection direction and convergence / divergence can be obtained.
(光偏向装置の主な性能指標)
光偏向装置の主な性能指標は、識別可能な合成光ビームの本数(解像点数)と、合成光ビームの走査速度である。ここで、解像点数Nrは、最大偏向角度θmax(光偏向装置で光を偏向できる最大の偏向角度)を、最小拡がり角度Ψmin(合成光ビームの拡がり角度の最小値)で除算した値として定義される。
(Main performance index of optical deflector)
The main performance indicators of the optical deflection apparatus are the number of recognizable synthesized light beams (number of resolution points) and the scanning speed of the synthesized light beam. Here, the number Nr of resolution points is a value obtained by dividing the maximum deflection angle θ max (the maximum deflection angle at which light can be deflected by the optical deflector) by the minimum spread angle Ψ min (the minimum value of the spread angle of the combined light beam). Is defined as
光偏向装置の光ビームの偏向は多重開口の回折理論(リニアアレイアンテナの回折の原理と同様)に従う。そのため、各出力ポートの配置間隔が小さく、互いに隣接し合う出力ポートの出力光同士の位相差が大きいときに、大きな偏向角度をもった合成光ビームが発生する。
光偏向装置において、出力光の位相分布と出力ポートの配置間隔が定まったとき、光の最小拡がり角度Ψminは出力ポートの数で決まるため、出力ポートを狭い間隔で多数配置することにより、光偏向装置の前記の解像点数Nrを高めることが可能である。
The deflection of the light beam of the optical deflector follows the diffraction theory of multiple apertures (similar to the diffraction principle of a linear array antenna). For this reason, when the arrangement interval of each output port is small and the phase difference between the output lights of the adjacent output ports is large, a combined light beam having a large deflection angle is generated.
In the optical deflecting device, when the phase distribution of output light and the arrangement interval of output ports are determined, the minimum light spread angle Ψ min is determined by the number of output ports. It is possible to increase the number of resolution points Nr of the deflecting device.
一方、光偏向装置の走査速度は、前記各出力光の位相分布の制御速度によって決まる。光偏向装置からの出力光の位相分布は、各出力ポートに接続されたフェーズシフタにおける光路の屈折率を光信号や電気信号に基づいて変化させることで制御される。従って、光偏向装置からの出力光の位相を高速に制御するには、外部信号による屈折率変化の速い材料が要求されるため、実用化されている液晶素子(例えば、特許文献2)のほか、電気光学(EO)材料(例えば、特許文献3)、有機EOポリマー(例えば、非特許文献1)等の利用が有望視される。 On the other hand, the scanning speed of the optical deflector is determined by the control speed of the phase distribution of each output light. The phase distribution of the output light from the optical deflecting device is controlled by changing the refractive index of the optical path in the phase shifter connected to each output port based on an optical signal or an electrical signal. Accordingly, in order to control the phase of the output light from the optical deflecting device at high speed, a material whose refractive index changes rapidly by an external signal is required. Therefore, in addition to a liquid crystal element that has been put into practical use (for example, Patent Document 2). The use of electro-optic (EO) materials (for example, Patent Document 3), organic EO polymers (for example, Non-Patent Document 1), etc. is promising.
特に、π電子分布の電界応答を利用した有機EOポリマーは、理論的にGHzを超える動作速度を有し、近年、屈折率変化量の大きな材料が提案されたことにより、光偏向装置への応用も期待される。
有機EO材料やEOポリマーを用いた高速に動作する光偏向装置は、光導波路型のデバイス構成とすることで、小型化、集積化が可能であり、このような光偏向装置の応用可能範囲は極めて広くなる。
In particular, the organic EO polymer using the electric field response of the π electron distribution has an operation speed that theoretically exceeds GHz, and in recent years, a material having a large amount of refractive index change has been proposed. Is also expected.
An optical deflector that operates at high speed using an organic EO material or an EO polymer can be miniaturized and integrated by adopting an optical waveguide type device configuration. The applicable range of such an optical deflector is as follows. It becomes very wide.
(光偏向装置の動作原理)
次に、光偏向装置の動作原理について説明する。図6は、有機EO材料を用いた8チャネル光導波路型の光偏向装置101の例である。一般的に光導波路型の光偏向装置101は、基板102上にそれぞれ形成された、入力ポート103と、(ビーム)スプリッタ104と、光導波路105と、フェーズシフタ106と、出力ポート107と、電極108とを備えている。
(Operating principle of the optical deflector)
Next, the operation principle of the optical deflection apparatus will be described. FIG. 6 shows an example of an
なお、光偏向装置101は、以下で説明する電圧印加が行われない状態で各出力ポート107からの出力光の位相は等しいものとして図6(a)には図示するが、位相整合を満たすための光路調整部品や電圧補正は適宜導入してかまわない。
入力ポート103は、空間光を光導波路の伝搬光に変換する光学素子であり、入力光を導く光導波路105の端面にボールレンズやシリンドリカルレンズなどを配置するか、あるいは、光導波路105の側面にプリズムカプラやグレーティングカプラを配置あるいは形成して構成される。
The
The
スプリッタ104は前記伝搬光を光導波路105へ分配する素子であり、図6に示す1×2MMI(Multi Mode Interference:マルチモード干渉)カプラの多段接続のほか、1×8MMIカプラの単独使用、Y分岐カプラの多段接続、スターカプラ等で構成される。すなわち、1×N MMIカプラは、一つの入力光をN(整数)本の光導波路105に分配することのできる光学素子である。そして、ここで具体的に図示されているのは、光導波路105と、フェーズシフタ106と、出力ポート107と、電極108とが、それぞれ8個設けられた(スプリッタ104で8本の前記伝搬光に分岐する)光偏向装置101の例である。
The
光導波路105は、その幅がW、厚みがT、長さがLa(図6(a)に図示)、屈折率がncであるものとする。そして、光偏向装置101は、光導波路105を8本、基板102の板幅方向に並べた素子であり、少なくとも光導波路105の一部が1つ以上の電極108によって囲まれた有機EO材料によって構成される。
光導波路105のうち、電極108がつくる電界の作用を受ける領域をフェーズシフタ106と称し、印加電界Eで生じる屈折率変化Δn(E)により、前記伝搬光の位相を制御する。
ただし、前記の有機EO材料は、その代わりに熱光学(TO)材料を用いてもよく、この場合には、前記の記載における印加電界Eの代わりに、電極108による電流の導通に伴って発生するジュール熱によって前記伝搬光に対する光導波路の屈折率ncの変化が制御される。
The
A region of the
However, instead of the organic EO material, a thermo-optic (TO) material may be used instead. In this case, the organic EO material is generated along with conduction of current by the
ここで、波長λの伝搬光が光導波路105を通過して生じる位相変化量φは、フェーズシフタ106の長さをLs(図6に図示)、フェーズシフタ106への電圧Vの印加で生じるEOポリマーの電界をE、その電界EのときのEOポリマーの光の屈折率n(E)を“n(E)=nc+Δn(E)”とすると、およそ“2π{nc・(La−Ls)+n(E)・Ls}/λ”になる。これにより、フェーズシフタ106での電圧印加の有無に対して、出力ポート107で生じる出力光の位相差Δφは、“Δφ=(2π・Δn(E)・Ls)/λ”によって制御することができる。
Here, the phase change amount φ generated when propagating light of wavelength λ passes through the
たとえばフェーズシフタ106として、屈折率n、電気光学(EO)係数rであるEOポリマーを用いたとき、その屈折率変化量は“0.5n3・r・E(V)”で与えられる。よって、位相差Δφを得るには、EOポリマーで形成されたフェーズシフタ106への印加電界Eが、
E=(Δφ/2π)(λ/(n3・r・Ls)) ……(4)
となるよう電圧を印加する。
For example, when an EO polymer having a refractive index n and an electro-optic (EO) coefficient r is used as the
E = (Δφ / 2π) (λ / (n 3 · r · Ls)) (4)
Apply a voltage so that
印加電界Eからの印加電圧Vの導出は、光偏向装置101のデバイス構造に依存するため、詳細には数値解析などで静電界分布を求める必要がある。しかし、例えばフェーズシフタ106が、厚みTの薄膜EOポリマーを2つの薄膜電極で挟んだ構造であるとき、前記印加電圧Vの算出式は簡略化され、“V=(Δφ/2π)(T/(n3・r・Ls))”となる。
出力ポート107は入力ポート103と同様に、空間光と伝搬光を結合し得る光学素子であり(本例では、光導波路105が外部に露出する端縁部が出力ポート107となる)、出力ポート107を等しいピッチP(図6(a)に図示)で基板102の板幅方向に一次元配置することにより、一次元の光偏向制御が可能になる。
Since the derivation of the applied voltage V from the applied electric field E depends on the device structure of the
Similarly to the
隣接する出力ポート107を出射する出力光の位相差が±Δφであり、一方の端にある出力ポート107から他方の端にある出力ポート107までの光の位相が単調増加するよう構成されたとき、すなわち出力光の二次波面が光偏向装置101の出力端に対して傾いた波面を形成するとき、合成光ビームの偏向角度θ(図6に図示)は“sin−1{(Δφ/2π)(λ/P)}”になる。
以上の動作原理により、光偏向装置101のフェーズシフタ106への電圧印加により、合成光ビームの偏向角度を制御することが可能である。
When the phase difference of the output light emitted from the
Based on the above operation principle, it is possible to control the deflection angle of the combined light beam by applying a voltage to the
一方、出力光の強度が均一であるとき、拡がり角Ψはおおむね“λ/(7P+W)”である(図6に図示のように出力ポート107が8個の場合)。ここで、“7P+W”は光偏向装置101の開口径であり、出力ポート107の数(エレメント数)Ne(本例で、8個)に対して“(Ne−1)P+W”で与えられるため、解像点数Nr、すなわち、“Nr=θmax/Ψmin”を大きくするには、エレメント数Neの増加が不可欠である。
On the other hand, when the intensity of the output light is uniform, the divergence angle ψ is approximately “λ / (7P + W)” (when there are eight
なお、出力ポートのピッチPは、光導波路105の間隔と等しいとして説明したが、出力ポート107に至る経路にテーパ構造などを導入して、出力ポート107のピッチをP’に変換した場合、光偏向装置101の開口径は“7P’+W”となり、拡がり角Ψは、おおむね“λ/(7P’+W)”で与えられる。
The pitch P of the output ports has been described as being equal to the interval between the
図7は、光偏向装置101から出力する前記の出力光及び合成光ビームの様子を示している。すなわち、各出力ポート107には、一方から順番に番号(チャンネル番号)が1番、2番、…N番というように振られ、1番、2番、…N番の各出力ポート107から出力する前記の出力光ビーム(符号111)の位相は、順に、φ、φ+Δφ、φ+2Δφ、…のようにΔφずつの位相差が設けられている。この位相差により各出力ポート107から出力される出力光111は、符号112で示すような球面波となり、図6(c)の例(図6(b)の符号121部分の拡大平面図)で、前記の合成光ビーム(符号113)は右に偏向し、その波面は符号114のようになる。
FIG. 7 shows the state of the output light and the combined light beam output from the
前記のとおり、光偏向装置101では、出力ポート107を狭い間隔で多数配置することにより、前記の解像点数Nrを高めることが可能である。そのため、光偏向装置101においては一般に出力ポート数が多い(前記の例では、出力ポートの数を便宜上8個にして図示、説明しているが、実際は遥かに多い)。このような出力ポート107の数の増加に伴う課題としては、前記の印加電圧Vの高電圧化や、フェーズシフタ106に接続する信号線数の増加、さらには、所望の位相分布を得るために必要な電極108のサイズの長大化が挙げられる。
As described above, in the
これらの課題について、図8、図9を参照して具体的に説明する。この図8、図9において、図6、図7と同一符号の部材等は前記のとおりであるため、詳細な説明は省略する。また、図8、図9においては、図6と異なり、スプリッタ104部分は図示を省略している。さらに、図8、図9の例でも、各出力ポートから出力される前記の出力光111(図8、図9には図示せず)には、図示のとおりΔφの光の位相差をつけている。また、図8、図9においては、出力光の位相を図示しているため、便宜上、出力光113を出力ポート107から離して図示しているが、実際は、出力光113は出力ポート107から直接放射されることはいうまでもない。
These problems will be specifically described with reference to FIGS. In FIG. 8 and FIG. 9, the members and the like having the same reference numerals as those in FIG. 6 and FIG. 8 and 9, the
図7に示すような光偏向装置101が形成する合成光ビーム113の波面114は、次のように実現できる。すなわち、出力ポート107のチャンネル番号を、その並列方向の図8(a)の上から下に順に、1番、…8番とすると、1番から8番に向けて出力光111(図8(a)には図示せず)の位相が漸次変化し、Δφで単調減少すれば実現できる(前記図7の例では単調増加であったが、ここでは単調減少の例を示している)。
The
しかし、大きな光の偏向角度を得るには大きなΔφが必要であり、光偏向装置101への印加電圧の高電圧化が問題となる。すなわち、1番、…8番の出力ポート107にそれぞれ対応して電極1081〜1088が設けられ、その各電極1081〜1088の電圧を印加する電圧源V1〜V8が設けられている(各電極に接続されているGNDは図示を省略する)。ここで、大きなΔφとするためには、電圧源V1〜V8の順に出力電圧が順次高電圧化して、電圧源V8が相当な高電圧化するか、電圧源V8〜V1の順に出力電圧が順次高電圧化して、電圧源V1が相当な高電圧化することになる。
However, in order to obtain a large light deflection angle, a large Δφ is necessary, and there is a problem of increasing the voltage applied to the
そこで、図8(b)に示す電極構造が提案されている(例えば、前記の特許文献4を参照)。前記の記載から明らかなように、出力ポート107における出力光111の位相差は、“Δφ∝Δn(E)・Ls”であるため、光偏向装置101への電圧印加による光の屈折率変化量Δn(E)は、フェーズシフタ106の長さLsに左右される。この結果、図8(b)の電圧源V8に印加する電圧は、図8(a)の電圧源V8(図8(a)の例で最大電圧の電源)が印加する電圧の1/8程度に低減することが可能である。
Therefore, an electrode structure shown in FIG. 8B has been proposed (see, for example, Patent Document 4). As is clear from the above description, since the phase difference of the
しかし、図8(b)における信号線110の数は図8(a)の例と同数であり、解像点数Nrの増加に対する信号線110の数の増加という課題は解決されない。
そこで図9(a)に示すように、全ての電極1081〜1088が同一の信号線110に接続された光偏向装置101も提案されている(前記の特許文献5を参照)。ここでは、電極1081〜1088が互いに全て接続されている。
However, the number of
Therefore, as shown in FIG. 9A, an
ところが、この場合にも、図8(b)と同様に、電極108の長さは“Ne・Ls”(図9(a)の例では、エレメント数Ne=8)となり、これにより、光偏向装置101のサイズが出力ポート数に比例して巨大化するため、光偏向装置101を小型化できないという課題が生じる。
一方、電極構造によらずに前記の印加電圧の上昇を抑制する手段として、図9(b)に示すmodulo 2π制御と呼ばれる制御手段が提案されている(例えば、前記の非特許文献2を参照)。
However, in this case as well, as in FIG. 8B, the length of the
On the other hand, a control means called modulo 2π control shown in FIG. 9B has been proposed as means for suppressing the increase in the applied voltage regardless of the electrode structure (for example, see
すなわち、合成光ビーム113の波面114は出力光111(図9(b)に図示せず)の等位相面として形成されるため、空間中では光の進行方向に沿って長さλの整数倍だけ光路長が異なる出力光が含まれても、光の波面は形成される。
したがって図8(a)の位相分布を2πで割った余りを、出力ポートの位相分布として与えた図9(b)の構成においても、図8(a)の場合と同じ方向へ合成光ビーム114を形成することができる。
That is, since the
Therefore, in the configuration of FIG. 9B in which the remainder obtained by dividing the phase distribution of FIG. 8A by 2π is given as the phase distribution of the output port, the combined
このような手段において、前記の印加電圧は、出力ポート107において位相差2πを与える電圧V2πよりも低いものとなるため、前記の印加電圧の高電圧化を抑制することができる。
しかし、この場合にも信号線110の数の増加は避けられないという課題がある。
本発明は、印加電圧が低くて済み、信号線の数も少なく、かつ、装置を小型化できる光偏向装置を提供することを課題とする。
In such a means, the applied voltage is lower than the voltage V 2π that gives the phase difference 2π at the
However, even in this case, there is a problem that an increase in the number of
It is an object of the present invention to provide an optical deflecting device that requires only a low applied voltage, has a small number of signal lines, and can downsize the device.
本発明の光偏向装置は、入力光を複数に分割するスプリッタと、前記スプリッタで複数に分割された各光をそれぞれ導き、当該光の出口側端縁が一列に並んで出力ポートを形成している複数本の光導波路とを備え、前記各光導波路は、前記一列の並び方向で連続して出現する複数個の前記出口側端縁ごとにグループ分けして電極が設置され、前記電極は、前記各グループを構成する前記光導波路ごとに共通で前記グループが異なると別体となる電極であって、印加電圧を個別に設定できる高くなる複数の第1電極からなる第1電極群と、前記光導波路ごとの電極部材で形成され互いに接続された複数の電極部からなる第2電極とからなり、前記第2電極は、前記各グループの中で、前記一列の並びの順番に前記各光導波路に設けられている前記電極部の前記光導波路の長さ方向の長さが漸次長くなり、前記一列の並びで前記各グループの最初の前記電極部の長さが最短となって当該各グループの最後の前記電極部の長さが最長となることを特徴とする。 The optical deflecting device of the present invention includes a splitter that divides input light into a plurality of parts, and guides each light divided into a plurality of parts by the splitter, and the output side edges are aligned in a line to form an output port. A plurality of optical waveguides, wherein each of the optical waveguides is grouped for each of the plurality of outlet side edges that continuously appear in the row direction, and the electrodes are A common electrode for each of the optical waveguides constituting each group and a separate electrode when the group is different, and a first electrode group comprising a plurality of first electrodes that can be individually set with an applied voltage; and A second electrode comprising a plurality of electrode portions formed of electrode members for each optical waveguide and connected to each other, wherein the second electrode is arranged in the order of the row in each group. Before being provided in The length in the length direction of the optical waveguide of the electrode portion is gradually increased, the length of the first electrode portion of each group in the row is the shortest, and the length of the last electrode portion of each group is reduced. It is characterized by the longest length.
本発明によれば、各光導波路の電極を第1電極と第2電極とに分けたことにより、各光導波路への印加電圧は、第1電極と第2電極とに分配できるばかりでなく、光の位相が2π加算、若しくは減算しても同一となる物理法則に基づき、位相差2πを与える電圧V2πを適宜加算若しくは減算できるので、その最大値を抑制することができる。
そして、必要な信号線の数も、第1電極に対応したものはグループ数に応じた本数(グループ数×2)だけあればよく、第2電極に対応したものは2本だけで済ますことができるので、抑制することができる。
また、一列の並びで各グループの最初の光導波路が最短となって当該各グループの最後の光導波路の長さが最長となるので、光導波路の長さの変動サイクルとは当該グループ分けに合致している。そのため、各光導波路の中で最大の電極の長さ(各光導波路に対応している、“第1電極の長さ+電極部の長さ”)も、“第1電極の長さ+第2電極のうちグループ中で最大の電極部の長さ”に抑制することができるので、光偏向装置を小型化することができる。
According to the present invention, by dividing the electrodes of each optical waveguide into the first electrode and the second electrode, the applied voltage to each optical waveguide can be distributed not only to the first electrode and the second electrode, Since the voltage V 2π that gives the phase difference 2π can be appropriately added or subtracted based on the physical law that is the same even if the phase of light is added or subtracted by 2π, the maximum value can be suppressed.
Also, the number of signal lines required is only the number corresponding to the number of groups (number of groups x 2) corresponding to the first electrode, and only two corresponding to the second electrode are required. Since it can, it can be suppressed.
In addition, since the first optical waveguide of each group is the shortest and the length of the last optical waveguide of each group is the longest in a single row, the fluctuation cycle of the optical waveguide length matches the grouping. I'm doing it. Therefore, the maximum electrode length in each optical waveguide (corresponding to each optical waveguide, “the length of the first electrode + the length of the electrode portion”) is also “the length of the first electrode + the length of the first electrode”. Since the length of the electrode portion of the two electrodes can be suppressed to the “maximum length of the electrode portion”, the optical deflection apparatus can be reduced in size.
本発明によれば、印加電圧が低くて済み、信号線の数も少なく、かつ、装置を小型化できる光偏向装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical deflecting device that requires a low applied voltage, has a small number of signal lines, and that can downsize the device.
以下、本発明の一実施形態について説明する。
以下の説明において、前記の[背景技術]及び[発明が解決しようとする課題]の欄と共通の記号等は、前記した内容と同様であるため、詳細な説明を省略する場合がある(前記の説明を参照)。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
In the following description, symbols and the like common to the above-mentioned [Background Art] and [Problems to be Solved by the Invention] are the same as those described above, and thus detailed description may be omitted (the above-mentioned description may be omitted). See description).
(光偏向装置の構成の概要)
図1に示す本実施形態の光偏向装置1は、入力ポート11と、(ビーム)スプリッタ12と、光導波路13と、フェーズシフタ14と、出力ポート15と、第1電極16と、第2電極21と、基板18と、信号線19と、光導波路のグループgと同数の電圧源V1,V2,…,Vg,並びに,Vsとを備えている。なお、第1電極16、及び、第2電極21は、単線の信号線19のみを介して、電圧源V1,V2,…,Vg,並びに,Vsと接続されているように図示されているが、これは便宜上の図示であって、実際の結線状態については後述する。また、後述の出力光bは、後述のとおり出力ポート15から直接出力されるが、図1には、チャンネル番号、出力光の位相を表示しているため、便宜上、出力光bは出力ポート15から離して図示している(後述の実施例における図3も同様)。
(Outline of configuration of optical deflector)
The
各光導波路13は、電気光学(EO)材料で形成されていることが望ましい。しかしながら、各光導波路13の材料として熱光学(TO)材料を用いてもよい。
以下、光偏向装置1の各部の詳細な構成について説明する。
Each
Hereinafter, a detailed configuration of each part of the
(基板18について)
基板18は、様々な材料を用いて構成することができる。例えば、基板18の材料としては、ソーダガラス、SiO2、石英、メチルアクリレート、シリコン、LiNbO3、LiTaO3、アルミナ、GaAlAs、InP等を用いることが可能である。
基板18の一方の面には、入力ポート11と、スプリッタ12と、光導波路13と、フェーズシフタ14と、出力ポート15と、第1電極群22と、第2電極21と、信号線19の一部とが形成されている。
(Substrate 18)
The
On one surface of the
(入力ポート11について)
入力ポート11は、入力光を光導波路13の伝搬光に変換する光学素子であり、入力光を導く光導波路13の端面にボールレンズやシリンドリカルレンズなどを配置するか、あるいは、光導波路側面にプリズムカプラやグレーティングカプラを配置、あるいは形成して構成される。
(About input port 11)
The
(スプリッタ12について)
図1に示すように、光偏向装置1は、入力光を複数に分割するスプリッタ12を備えている。スプリッタ12は、入力ポート11から入力された前記伝搬光を光導波路13へ分配する素子であり、図1に示す1×2MMI(Multi Mode Interference:マルチモード干渉)カプラの多段接続のほか、1×8MMIカプラの多段接続、Y分岐カプラの多段接続などで構成することができる。すなわち、1×N MMIカプラは、一つの入力光をN(整数)本の光導波路13に分配することのできる光学素子である。そして、図1の具体例では、スプリッタ12が1×2MMIカプラを、便宜上、4段階だけ図示して他は省略しているが、実際には、光導波路の数Nに応じて、より多段階にカプラを接続して構成されることになる(何段階かは、1×2MMIカプラ、1×8MMIカプラ、Y分岐カプラの何れを用いるかによっても変わってくる)。なお、Ncは電圧源V1〜Vgを共有する光導波路の最大の本数であり、“(g−1)・Nc<N≦g・Nc”となるように設定され、すなわち、スプリッタ12は、本実施形態では、前記伝搬光をN本に分岐させ、そのそれぞれをN本の光導波路13へ分配するものである。
(About splitter 12)
As shown in FIG. 1, the
(光導波路13、フェーズシフタ14、第1電極16、第2電極21について)
図1に示すように、光偏向装置1は、スプリッタ12で複数(本例ではg・Nc本)に分割された各光をそれぞれ導き、当該光の出口側端縁が一列(図1で上から下に向かって一列)に並んで複数(本例ではg・Nc個)の出力ポート15を形成している複数本(本例ではg・Nc本)の光導波路13を備えている。
光導波路13は、その幅がW、厚みがT、長さがLa、屈折率がncであるものとする。そして、光偏向装置1は、光導波路13をg・Nc本だけ、基板18の板幅方向(図1の上下方向)に並べた素子である。
光導波路13のうち、第1電極16、第2電極21が作る電界の作用を受ける領域をフェーズシフタ14と称し、その印加電界Eで生じる屈折率変化Δn(E)により、前記伝搬光の位相を制御する。
(About the
As shown in FIG. 1, the
The
A region of the
図1に示すように、各光導波路13は、前記の一列の並び方向で連続して出現するNc個の前記の出口側端縁(出力ポート15)ごとにグループ分けしたg個の第1電極16と、1つの第2電極21が設置されている。まず、各光導波路13(及びそれに対応する出力ポート15)には、図1に示すようにチャンネル番号を付与している。すなわち、チャンネル番号は、若い番号から順に、1番、2番、…、Nc番、Nc+1番、Nc+2番、…、2Nc番、…、(g−1)・Nc+1番、(g−1)・Nc+2番、…、g・Nc番(g・Nc=Ne)である。そして、チャンネル番号の順に隣り合うNc個の光導波路13を1つのグループとして、g個のグループ(各グループにNc個の出力ポート15や光導波路13が設けられている)に光導波路13(及びそれに対応する出力ポート15)をグループ分けしている。N≠g・Ncの場合にも同様にN番までの番号を付与するが、グループ分けは、若い番号から順にNc本の光導波路で構成されるg−1個のグループをつくり、最後のグループはg・Nc−N個の光導波路で構成する。
As shown in FIG. 1, each
前記の電極は、g個の各グループを構成する光導波路13ごとに共通でグループが異なると別体となる電極あって、印加電圧を個別に制御できる複数(本例でg個)の第1電極16からなる第1電極群22と、光導波路13ごとの電極部材で形成され互いに接続された複数(本例でg・Nc個)の電極部17からなる第2電極21とからなる。
The electrodes are common for each of the
図2は、フェーズシフタ14において、第1電極16及び第2電極21が形成されている部分を示している。
図2に示すように、第1電極16(第2電極21の電極部17も基本構成は同じ)は、第1電極16(電極部17)を構成する一対の制御電極16a(電極部17の場合は制御電極17a)と、下部電極16b(電極部17の場合は下部電極17b)とからなる。制御電極16a(制御電極17a)は、光導波路13の上部の面に形成され、下部電極16b(下部電極17b)は、光導波路13の下部の面に形成されている。
FIG. 2 shows a portion of the
As shown in FIG. 2, the first electrode 16 (the basic configuration of the
図1に示すように、第2電極21は、前記の各グループの中で、前記の一列の並びの順番に各光導波路13に設けられている電極部17の光導波路13の長さ方向の長さが漸次長くなり、前記の一列の並びで前記の各グループの最初の電極部17の長さが最短となって当該各グループの最後の電極部17の長さが最長となる。これにより、電極部17の長さの変動サイクルは、前記のグループ分けに合致している。すなわち、例えば、チャンネル番号1,Nc+1,2Nc+1,…,(g−1)・Nc+1の電極部17が最短となり、チャンネル番号Nc,2Nc,3Nc,…,gNc)の電極部17が最長となる。
As shown in FIG. 1, the
光導波路13は、例えば、EOポリマー製のコア13aを、上下からポリマー製のクラッド13b,13cで挟み込んだ構成である。そして、このような構成の光導波路13を前記の制御電極16a(制御電極17a)と下部電極16b(下部電極17b)とで挟み込んでいる。この積層構造は、基板18上に積層されている。フェーズシフタ14は、下から順に、クラッド13c、コア13a、クラッド13bが積層された積層構造をなしている。
The
図2において、電源(電圧源)Vは、第1電源V1,V2,…,Vg,又は第2電源Vsを総称して図示していて、電源Vの極性はいずれでもよいがプラス側(もしくはマイナス側)は制御電極16a(制御電極17a)側と信号線19を介して接続されている。また、電源Vのマイナス側(もしくはプラス側)は下部電極16b(下部電極17b)と信号線19を介して接続されている。これにより、電源Vが、制御電極16a(制御電極17a)と下部電極16b(下部電極17b)との間に電圧を印加すると、コア13aには図2に矢印で示すような電界Eがかかる。
In FIG. 2, the power source (voltage source) V is a generic name of the first power source V 1 , V 2 ,..., V g , or the second power source V s, and the polarity of the power source V may be any. The plus side (or minus side) is connected to the
制御電極16a(制御電極17a)及び下部電極16b(下部電極17b)には、金、銀、銅、アルミ、クロム、チタン等の金属材料、あるいは、ITOやIZO等の透明導電性材料を用いることができる。これらの電極は、スピンコーティング、蒸着、光重合、RFスパッタリング、CVD等の手段で基板18上に形成することができる。なお、下部電極16b(下部電極17b)は、基板18上に形成される。
For the
クラッド13b,13cは少なくとも1層以上の誘電体(前記の例ではポリマー)を含むものとするが、クラッド13b及び13cの一方、あるいは、両方を設けないようにしてもよい。
コア13aには、クラッド13b,13cに比べて高い誘電率を有する透明材料(前記の例では有機電気光学ポリマー)を用いることとし、クラッド13cを設けない場合は、基板18に比べて高い誘電率を有する材料を用いるものとする。
The clads 13b and 13c include at least one dielectric layer (polymer in the above example), but one or both of the
The
コア13a、並びに、クラッド13b,13cの材料としては、例えば、LiNbO3、LiTaO3、GaAlAs、InP、NH4H2PO4、KH2PO4、SiO2、CaCO3、Al2O3、TiO2、SrTiO3、Bi12SiO20、Bi12GeO20、ZnO、Y3Fe5O12、GaAs、Si等の半導体材料や誘電体材料、無機材料のほか、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの有機材料、ポリイミド、フッ化ポリイミド、ポリカーボネート、ポリサルホン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホンなどのポリマーを使用することができる。
Examples of the material of the
ポリマーからなるコア13a、並びに、クラッド13b,13c、又は、そのいずれかには、前記のように電気光学(EO)効果を有する低分子化合物を分散させた系を用いることができる。例えば、かかる材料としては、アゾ色素やメロシアニン系色素、中でも、DR1や2−メチル−6−(4−N,N−ジメチルアミノベジリデン)−4H−ピラン−4−イリデンプロパンジニトリル、4−{[4−(ジメチルアミノ)フェニル]イミノ}−2、5−シクロヘキサジエン−1−オン等が好適である。
For the
また、下部電極16b(下部電極17b)、クラッド13c、コア13a、クラッド13b、制御電極16a(制御電極17a)の形成は、パターニングによってもよい。すなわち、当該材料をイオン交換法等で所望のパターンにだけ選択的に形成する、あるいは、スピンコーティングなどの方法を用いて一様に積層したのち、RIEなどの方法を用いて所望のパターン以外を選択的に除去する等の手段を用いることができる。
The formation of the
第1電極16は、隣接し合うNcチャネルごと(前記のグループごと)に共通の電極である。第1電極16は導波路方向の長さがLbである。
第2電極21の電極部17は隣接し合うチャネル間の長さの差がLs、最小長さがLsで、長さLsからチャンネル番号が増えるに従って長さがLsずつ増加して(この増加を“Nc−1”回繰り返す)、再びLsに戻るという周期をg回繰り返す。なお、光導波路の総数がg・Ncよりも小さい場合、g回目の繰り返しはNc−1回よりもg・Nc−N回だけ少なくして終わる。電極部17に第2電源Vsから印加されるのは、シグナル電圧Vsである。なお、簡単のため、“Lb=Ls”として図示、説明する。
The
The
(出力光ビームの位相差の決定)
まず、光偏向装置1の各グループをそれぞれ構成している光導波路13の最大本数をNc(3以上の整数)として、前記の一列の並びの一端(光偏向装置1の図1の上端)から数えてi番目の出力ポート15に対応した光導波路13を例に説明する。ここで、光導波路13は、“i/Nc”以上で最小の整数として定義されるkなる番号を与えられた第1電極16を通じて第1電源V1,V2,…,Vgに接続されるものとする。そして、各光導波路13について、第2電極21の作用で決まる出力光の位相変化量であって、且つ、各出力ポート15から放射される各出力光からなる合成光ビームの偏向角度θとの間に、下記(1)式の関係を有するΔφsを考える。また、各光導波路13について、2以上のkについてのk番目の第1電極16の作用による位相変化量であって、且つ、下記(2)式で定義されたΔφkを考える。そして、各光導波路13について、当該(1)(2)式を用いた下記(3)式の関係によって、i番目と(i−1)番目の出力ポート15からの出力光ビームの位相差を決定して、光偏向装置1を構成するものとする。
Psinθ=(λ・Δφs)/2π …… (1)
Δφk=mod[(Nc−1)・Δφs+Δφk-1,2π] …… (2)
Δφi=−mod(i,Nc)・Δφs−Δφk …… (3)
(ここで、Pは隣り合う前記出力ポートのピッチ、λは前記合成光ビームの波長、Δφk=1=0(k=1のときΔφk=0)である。)
(Determination of phase difference of output light beam)
First, assuming that the maximum number of the
Psinθ = (λ · Δφ s ) / 2π (1)
Δφ k = mod [(Nc−1) · Δφ s + Δφ k−1 , 2π] (2)
Δφ i = −mod (i, Nc) · Δφ s −Δφ k (3)
(Where P is the pitch of the adjacent output ports, λ is the wavelength of the combined light beam, and Δφ k = 1 = 0 (Δφ k = 0 when k = 1).)
(第1電源V1,V2,…,Vg、第2電源Vsについて)
図1に示すように、g個の第1電極16にそれぞれ対応して、前記のグループごとに各一つの第1電源V1,V2,…,Vgが用意されている。第1電源(電圧源)V1,V2,…,Vgは、それぞれ第1電極16へV2d・Δφk=0/2π,Vd・Δφk=1/2π,…,V2π・Δφk=g/2πのバイアス電圧を印加する。
図1に示すように、第2電源(電圧源)Vsは、第2電極21(電極部17の集合)に共通の電圧を印加する。すなわち、各光導波路13に対して電極部17が1つ配置され、各電極部17は互いに連結されていて第2電極21を構成し、当該第2電極21は固有の第2電源Vsに接続される。第2電源Vsの電圧はV2π・Δφs/2πに設定されている。
(The first power supply V 1, V 2, ..., V g, for the second power supply V s)
As shown in FIG. 1, one first power source V 1 , V 2 ,..., V g is prepared for each of the groups corresponding to the g
As shown in FIG. 1, a second power supply (voltage source) V s applies a common voltage to the second electrode 21 (the set of electrodes 17). That is, one
(光偏向装置1の作用効果)
次に、以上のような構成の光偏向装置1の作用効果について説明する。
光偏向装置1の第1電源V1,V2,…,Vg、並びに、第2電源VsをONにして、入力ポート11から入力光を入力する。すると、入力光はスプリッタ12によって、N=g・Nc本の光の束に分岐され、各光はそれぞれN本の光導波路13の伝搬光となる。そして、各光導波路13では、フェーズシフタ14に設けられた第1電極16、電極部17により発生する電界により、光導波路媒質の屈折率が変化し、その作用により伝搬光の位相に変化が生じる。
(Operational effect of the light deflector 1)
Next, the function and effect of the
The first power sources V 1 , V 2 ,..., V g and the second power source V s of the
ここで、伝搬光の最初の位相(電界の影響を受けていないときの位相)をφとする。第2電源Vsによる各電極部17(第2電極群21)への印加電圧は等しくVsである。しかし、前記のとおり、各グループ中で、各電極部17の長さは、前記のチャンネル番号の順にLsずつ長くなる。そのため、各電極部17で印加電圧は等しくVsであっても、各電極部17で発生する電界による伝搬光の位相はチャンネル番号1,2,…,Ncの順にΔφsずつ小さくなる(Δφs、2Δφs、3Δφs、…)。このグループ内における相対的な位相の関係は、チャンネル番号Nc+1以上でも同様である。
Here, the initial phase of the propagating light (the phase when not affected by the electric field) is φ. Voltage applied to the electrode portions 17 (second electrodes 21) of the second power source V s is equal V s. However, as described above, in each group, the length of each
また、第1電極16による印加電圧は、かかる電圧V1,V2,…,Vgによる伝搬光の位相遅れである。
Further, the voltage applied by the
このように、各光導波路13においては、第1電極16、電極部17のそれぞれで発生する電界で、それぞれ伝搬光の位相変化を生じる。
As described above, in each
このように、チャンネル番号、1番、2番、…、Nc番、Nc+1番、Nc+2番、…、2Nc番、…、(g−1)・Nc+1番、(g−1)・Nc+2番、…、g・Nc番の順に光導波路13の伝搬光の位相はΔφsずつ変化するが、2πを越えた、もしくは下回ったチャンネルを含むグループの次のグループでは、バイアス電圧にV2πの減算・もしくは加算の補正を行うため、mod[Δφs,2π]になる。そのため、図1の例で、当該伝搬光は光導波路13を左方向から右方向に伝搬するが、各出力ポート15から出力される出力光ビームの合成光ビームbは、図1の例で右上方向に偏向する。図1で符号Cは、この合成光ビームbの波面である。
Thus, the channel number, No. 1, No. 2,..., Nc No., Nc + 1 No., Nc + 2 No ...., 2Nc No.,..., (G−1) · Nc + 1 No., (g−1) · Nc + No. , The phase of propagating light in the
このように、各光導波路13においてフェーズシフタ14で伝搬光に位相差をつけるために、2種類の電極、すなわち、第1電極16、電極部17を設け、これら各電極で発生する電界の作用により、当該位相差が形成されるようにしている。そして、第1電極16は、前記の1番目、2番目、…、g番目のグループの電圧は前記式(1)〜(3)を用いて算出される位相を2πで割って、V2πを乗じた値とする。その上で、前記の各グループにおいて、1番目、2番目、…、Nc番目の電極部17は、印加電圧は等しくVsであるが、この順番で漸次電極の長さが長くなる。よって、各グループにおいて、1番目、2番目、…、Nc番目の光導波路13のフェーズシフタ14における電極部17による伝搬光の位相は、−mod[Δφs,2π]ずつ変化する。
As described above, in order to set a phase difference in the propagation light by the
従って、チャンネル番号の順に、出力ポート15からの出力光ビームの位相は、φ―Δφs―Δφ1、φ―2Δφs―Δφ1、…、φ―Nc・Δφs―Δφ1、φ―Δφs―Δφ2、φ―2Δφs―Δφ2、…、φ―Nc・Δφs―Δφg、となる。
このように、各光導波路13のフェーズシフタ14で電極を第1電極16と第2電極21(電極部17)とに分けたことにより、各フェーズシフタ14への印加電圧は第1電極16と第2電極21(電極部17)とに分配できるので、その印加電圧の最大値は、Vg(又はVs)に抑制することができる。
Therefore, in the order of the channel numbers, the phase of the output light beam from the
Thus, by dividing the electrode into the
そして、必要な信号線19の数も、第1電極16に対応しては“g×2”本必要で、第2電極に対応しては“1×2”本だけなので、“2g+2”本に抑制することができる。
また、各光導波路13の中で最大の電極の長さ(第1電極16と電極部17の全体の長さ)も、“Lb+Nc・Ls”に抑制することができるので(Lbは、図1に図示のとおり、第1電極16の長さ)、光偏向装置1を小型化することができる。
また、必要な電圧源(異なる電源電圧の種類)も、“g+1”個に抑制することができる。
The number of
In addition, the length of the maximum electrode in each optical waveguide 13 (the total length of the
Also, the necessary voltage sources (different types of power supply voltages) can be suppressed to “g + 1”.
より一般化して説明すると、光偏向装置1から出力する合成光ビームbの偏向角度を制御するには、チャンネルiの出力ポート15に対する出力光ビームの位相“φ−j・Δφs―Δφk”を、シグナル電圧Vsで決まる伝搬光の位相変化量Δφs、バイアス電圧(前記のV1,V2, …,Vg)で決まる位相変化量Δφkにより決定する。但し、i,j,kは整数であり(i=1,2,3,…、j=1,2,3,…、k=1,2,3,…)、電極部17の長さの変化のパターン繰り返し数、すなわち電極部17の前記各グループにおける個数Ncとの間に、“j=mod(i,Nc)、k=i/Nc”の関係が成り立つものとする。
More generally, the phase “φ−j · Δφ s −Δφ k ” of the output light beam with respect to the
位相変化量Δφsは、出力光ビームの偏向角度θを与える位相分布の傾きを決定するため、“Psinθ=(λ・Δφs)/2π”(前記の(1)式)を満たすよう算出する。
そして、位相変化量Δφkは、異なるk番目の第1電源(V1,V2,…又は,Vg)に接続された隣り合うチャネル間の位相整合を担うため、“Δφk=mod[(Nc−1)・Δφs+Δφk−1,2π]”(前記の(2)式)により逐次算出する。
The phase change amount Δφ s is calculated so as to satisfy “Psinθ = (λ · Δφ s ) / 2π” (formula (1) above) in order to determine the slope of the phase distribution that gives the deflection angle θ of the output light beam. .
The phase change amount Δφ k is responsible for phase matching between adjacent channels connected to different k-th first power supplies (V 1 , V 2 ,..., Or V g ), and thus “Δφ k = mod [ (Nc−1) · Δφ s + Δφ k−1 , 2π] ”(the above equation (2)) is sequentially calculated.
これにより、シグナル電圧Vsおよびバイアス電圧V1,V2,…又は,Vgを、背景技術の欄に記載した前記(4)式で与えられる電界により決定できる。
そして、光偏向装置1によれば、当該光偏向装置1の制御に必要な印加電圧の最大値を、前記のmodulo 2π制御と同様のV2πに抑えると同時に、信号線19の数を前記のように“2g(=2Ne/Nc)+2”本に削減することが可能である。
このような印加電圧の低減は、回路の耐圧性能に関する要求条件を軽減するばかりでなく、光偏向装置1を容量性負荷としてみた場合の消費電力を抑制する効果もある。
Accordingly, the signal voltage V s and the bias voltages V 1 , V 2 ,..., Or V g can be determined by the electric field given by the equation (4) described in the background art section.
According to the
Such a reduction in applied voltage not only reduces the requirements regarding the withstand voltage performance of the circuit, but also has an effect of suppressing power consumption when the
また、光偏向装置1の電極構造が必要とする最長の電極長は前記のとおり“Lb+Nc・Ls”であり(図1の例では、Lb=Ls)、前記の図8(b)のような電極構造を用いた場合に比べて1/g程度まで短縮することができる。
そして、前記の位相変化量Δφsの算出手法により、隣り合う出力ポート15間の出力光ビームの位相差Δφを適切に設定することができる。
Further, the longest electrode length required by the electrode structure of the
Then, the phase difference Δφ of the output light beam between the
さらに、出力光ビームの位相を高速に制御するには、外部信号による光の屈折率変化の速い材料が必要となる。この点で、光導波路13の材料として前記のように有機電気光学材料、特に、有機電気光学ポリマーを用いることが望ましい。なぜなら、π電子分布の電界応答を利用した有機電気光学ポリマーは、理論的にGHzオーダーの動作速度を有するからである。
Furthermore, in order to control the phase of the output light beam at high speed, a material whose light refractive index changes rapidly by an external signal is required. In this respect, it is desirable to use an organic electro-optic material, in particular, an organic electro-optic polymer, as described above, as the material of the
次に、本発明の一実施例について説明する。
まず、前記の光偏向装置1において、図3、図4に示すような実施例について考えてみる。なお、図3、図4、並びに以下の実施例の説明において、前記と同一の符号の部材等、使用されている記号等は、前記の説明と同様であり、詳細な説明は省略する。図4は、図3の光偏向装置1の各部の具体的な数値を示している。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
First, let us consider an embodiment as shown in FIGS. 3 and 4 in the
図3、図4の実施例の光偏向装置1は58チャンネルの装置を用いた検証であるが、図3、図4では簡単のため8チャネル分のみ示し、以下においても8チャンネルの光偏向装置1として説明する。
このような実施例の構成において、合成光ビームの偏向角度を例えば10°と設定するためには、隣り合うチャンネル間の位相差を2π/5として出力光ビームの位相分布を設定する必要がある。
The
In such a configuration of the embodiment, in order to set the deflection angle of the combined light beam to 10 °, for example, it is necessary to set the phase distribution of the output light beam by setting the phase difference between adjacent channels to 2π / 5. .
このとき、前記のバイアス電圧Vsとシグナル電圧V1,V2とは、図4の表の3段目及び4段目に示すように設定すればよく、光偏向装置1に印加される最大の電圧は±130Vとなる。
これは、同じ特性を前記の図8(a)の光偏向装置101で得るために必要な最大の印加電圧が910Vになるのに比べて1/7の低い電圧である。
At this time, the bias voltage V s and the signal voltages V 1 and V 2 may be set as shown in the third and fourth stages of the table of FIG. The voltage becomes ± 130V.
This is a
また、実施例の光偏向装置1の信号線の数は“3×2=6”であり、図8(a)の光偏向装置101の信号線数“8×2=16”に比べ半分以下である。
単一の光導波路13の第1電極16及び電極部17(両電極の合計)の電極長5Lsは、同じ特性をもつ図8(b)の光偏向装置101の電極長8Lsの60%程度であり、コンパクトな光偏向装置1の実現が可能となる。
Further, the number of signal lines of the
The electrode length 5Ls of the
図5に、本実施例の検証実験として行った数値シミュレーション結果を示す。本シミュレーションは時間2次・空間4次精度のFDTD(Finite-Different Time-Domain)法を用いた数値計算プログラムにより実施した。本シミュレーションで扱う光偏向装置1の仕様は図5左上の表に示す通りである。
FIG. 5 shows the result of numerical simulation performed as a verification experiment of this example. This simulation was carried out by a numerical calculation program using an FDTD (Finite-Different Time-Domain) method with a second-order temporal and spatial fourth-order accuracy. The specifications of the
図3、図4の構成においては、4つの光導波路13に対して長さLbの第1電極16が1つ配置されたが、本検証実験では3つの光導波路13に対して長さ“Lb=Ls”の第1電極16を1つ配置した。本シミュレーションでは図5左下の表に示す3種類の駆動条件を用いた。
また、目標とする偏向角度θが約6°である場合、シグナル電圧Vsを130V、バイアス電圧をV1=0V、V2=390Vとした。
In the configuration of FIGS. 3 and 4, one
Further, when the target deflection angle θ is about 6 °, the signal voltage V s is set to 130 V, the bias voltage is set to V 1 = 0 V, and V 2 = 390 V.
目標とする偏向角が約10°である場合、シグナル電圧Vsを210V、バイアス電圧を“V1=V2=0V”とした。
目標とする偏向角が約13°である場合、シグナル電圧Vsを260V、バイアス電圧を“V1=0V、V2=−520V”とした。
シミュレーション結果を図5右上のグラフに示す。横軸にとったシグナル電圧に対して偏向角度θは単調増加し、シグナル電圧130V、210V、260Vに対し、それぞれ6.2°、10.4°、13.4°が得られ、期待される通りの光の偏向制御動作が確認できた。
When the target deflection angle was about 10 °, the signal voltage V s was 210 V, and the bias voltage was “V 1 = V 2 = 0V”.
When the target deflection angle was about 13 °, the signal voltage V s was 260 V, and the bias voltage was “V 1 = 0 V, V 2 = −520 V”.
The simulation result is shown in the upper right graph of FIG. The deflection angle θ increases monotonously with respect to the signal voltage taken along the horizontal axis, and is expected to be 6.2 °, 10.4 °, and 13.4 ° with respect to the signal voltages of 130V, 210V, and 260V, respectively. The light deflection control operation was confirmed.
本検証実験の最大印加電圧は520Vとなり、図8(a)の光偏向装置101で必要になる最大印加電圧の半分程度であった。
本検証実験で用いた光偏向装置1の信号線19の本数は3つの電圧源に対応して6本であり、図8(a)の光偏向装置101で必要となる信号線110の電圧源に対応した本数の16本の40%以下であった。
本検証実験で用いた光偏向装置101の各光導波路13中の最大の電極長は5Lsであり、図8(b)の例の最大の電極長8Lsの62.5%となった。
The maximum applied voltage in this verification experiment was 520 V, which was about half of the maximum applied voltage required for the
The number of
The maximum electrode length in each
1 光偏向装置
12 スプリッタ
13 光導波路
15 出力ポート
16 第1電極
17 電極部
21 第2電極
22 第1電極群
b 合成光ビーム
V1,V2,…,Vg 第1電源
VS 第2電源
1
Claims (5)
前記スプリッタで複数に分割された各光をそれぞれ導き、当該光の出口側端縁が一列に並んで出力ポートを形成している複数本の光導波路とを備え、
前記各光導波路は、前記一列の並び方向で連続して出現する複数個の前記出口側端縁ごとにグループ分けして電極が設置され、
前記電極は、
前記各グループを構成する前記光導波路ごとに共通で前記グループが異なると別体となる電極であって、印加電圧を個別に設定できる複数の第1電極からなる第1電極群と、
前記光導波路ごとの電極部材で形成され互いに接続された複数の電極部からなる第2電極とからなり、
前記第2電極は、前記各グループの中で、前記一列の並びの順番に前記各光導波路に設けられている前記電極部の前記光導波路の長さ方向の長さが漸次長くなり、前記一列の並びで前記各グループの最初の前記電極部の長さが最短となって当該各グループの最後の前記電極部の長さが最長となることを特徴とする光偏向装置。 A splitter that splits the input light into multiple parts,
Each of the light divided into a plurality by the splitter, each having a plurality of optical waveguides that form an output port with the output side edges aligned in a row,
Each of the optical waveguides is grouped for each of the plurality of outlet side edges that appear continuously in the row direction, and electrodes are installed.
The electrode is
A first electrode group consisting of a plurality of first electrodes, each of which is common to the optical waveguides constituting each group and is a separate electrode when the group is different; and an applied voltage can be individually set;
A second electrode consisting of a plurality of electrode portions formed of electrode members for each optical waveguide and connected to each other;
The length of the second electrode in the length direction of the optical waveguide of the electrode portion provided in each optical waveguide in the sequence of the one row in each group is gradually increased. The length of the first electrode part of each group becomes the shortest and the length of the last electrode part of each group becomes the longest.
前記第2電極に電圧を印加する第2電源とを備えることを特徴とする請求項1に記載の光偏向装置。 A bias voltage is applied to the first electrode so that the applied voltage to each first electrode gradually increases in the direction in which the length of the optical waveguide in the length direction of the second electrode gradually increases. A first power source to be applied;
The optical deflection apparatus according to claim 1, further comprising a second power source that applies a voltage to the second electrode.
前記第2電極の作用で決まる前記出力光ビームの位相変化量であって、且つ、前記各出力ポートから放射される各出力光ビームからなる合成光ビームの偏向角度θとの間に、下記(1)式の関係を有するΔφsと、
2以上のkについてのk番目の前記第1電極の作用による位相変化量であって、且つ、下記(2)式で定義されたΔφkと、
を用いた下記(3)式の関係によって、i番目と(i−1)番目の前記出力ポートからの前記出力光ビームの位相差が決定されていることを特徴とする請求項2に記載の光偏向装置。
Psinθ=(λ・Δφs)/2π …… (1)
Δφk=mod[(Nc−1)・Δφs+Δφk-1,2π] …… (2)
Δφi=−mod(i,Nc)・Δφs−Δφk …… (3)
ここで、Pは隣り合う前記出力ポートの間隔、λは前記合成光ビームの波長、Δφk=1=0(k=1のときΔφk=0)である。 The number of the optical waveguides constituting each of the groups is Nc (an integer of 3 or more), and the optical waveguide corresponding to the i-th output port counted from one end of the row is “i / When connected to the first power source through the first electrode given the number k defined as the smallest integer greater than Nc ″,
Between the phase change amount of the output light beam determined by the action of the second electrode and the deflection angle θ of the combined light beam composed of each output light beam emitted from each output port, the following ( 1) Δφ s having the relationship of the equation:
Δφ k which is a phase change amount due to the action of the k-th first electrode for two or more k, and is defined by the following equation (2):
3. The phase difference of the output light beam from the i-th and (i−1) -th output ports is determined by the relationship of the following expression (3) using: Optical deflection device.
Psinθ = (λ · Δφ s ) / 2π (1)
Δφ k = mod [(Nc−1) · Δφ s + Δφ k−1 , 2π] (2)
Δφ i = −mod (i, Nc) · Δφ s −Δφ k (3)
Here, P is an interval between adjacent output ports, λ is the wavelength of the combined light beam, and Δφ k = 1 = 0 (Δφ k = 0 when k = 1).
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